JP6312118B2 - Electric characteristic measuring apparatus, electric characteristic measuring method and program - Google Patents

Electric characteristic measuring apparatus, electric characteristic measuring method and program Download PDF

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本発明は、測定対象物の電気特性を非接触で測定する電気特性測定装置、電気特性測定方法およびプログラムに関する。   The present invention relates to an electrical property measuring apparatus, an electrical property measuring method, and a program for measuring electrical properties of a measurement object in a non-contact manner.

液体の導電率および比誘電率等を含む電気特性の測定は、該液体の組成変化を把握するために必要であり、導電率の変化のモニタリングは、プロセス産業においてプロセス制御を行う上で必要となる。   Measurement of electrical properties including the electrical conductivity and relative dielectric constant of a liquid is necessary to grasp the composition change of the liquid, and monitoring of the electrical conductivity change is necessary for process control in the process industry. Become.

従来、導電率の測定方式には、主に電極式と電磁式の2つの方式がある。電極式は、電極を測定対象の液体に直接接触させて該液体の導電率を測定する方式である。電極式では、強酸または強アルカリ性の液体を測定対象とした場合、電極が液体中に溶出し、試料本来の性質が変化してしまうおそれがある。また、電極式では、例えばコンクリートを測定対象とし、電極を挿入したままコンクリートが凝結に至るまでの導電率の経時変化をモニタするといった目的で使用することは困難である。   Conventionally, there are mainly two methods for measuring conductivity, an electrode method and an electromagnetic method. The electrode type is a method in which the electrode is directly brought into contact with the liquid to be measured and the conductivity of the liquid is measured. In the electrode type, when a strong acid or strongly alkaline liquid is used as a measurement target, the electrode may be eluted into the liquid, and the original properties of the sample may be changed. In addition, it is difficult to use the electrode type for the purpose of monitoring, for example, the time-dependent change in conductivity until the concrete is set while the electrode is inserted, with concrete being an object of measurement.

一方、電磁式は、測定対象の液体を介して2個のリング状トランス(トロイダルコイル)間で電磁結合を形成する測定方式であり、検出器の通電部分と測定対象の液体とが非接触の状態で導電率の測定を行うことが可能である。電磁式の測定方式を採用する従来の導電率検出器としては、例えば特許文献1に記載のものがある。   On the other hand, the electromagnetic method is a measurement method in which electromagnetic coupling is formed between two ring-shaped transformers (toroidal coils) via the liquid to be measured, and the energized portion of the detector and the liquid to be measured are not in contact with each other. It is possible to measure the conductivity in the state. An example of a conventional conductivity detector that employs an electromagnetic measurement method is disclosed in Patent Document 1.

電磁式の測定方式によれば、トロイダルコイル自体は測定対象の液体とは非接触となるものの、カバーで覆われたトロイダルコイルを液体中に挿入する必要がある。従って電極式の場合と同様、トロイダルコイルを覆うカバー材料が液体中に溶出するおそれがある。   According to the electromagnetic measurement method, the toroidal coil itself is not in contact with the liquid to be measured, but it is necessary to insert the toroidal coil covered with the cover into the liquid. Therefore, as in the case of the electrode type, the cover material covering the toroidal coil may be eluted in the liquid.

完全に非接触で液体の導電率を測定する検出器としては、例えば、特許文献2および3に記載のものがある。   Examples of detectors that measure the electrical conductivity of a liquid in a completely non-contact manner include those described in Patent Documents 2 and 3.

特開2010−85216号公報JP 2010-85216 A 特開昭60−190873号公報JP-A-60-190873 特開2001−153844号公報JP 2001-153844 A

上記の特許文献2および3に記載されているように、液体が流れる管路を2つのトロイダルコイルの中心を貫通するように配置することで、完全に非接触の状態で該液体の導電率を測定することが可能となる。しかしながら、これらの検出器は、出力側のトロイダルコイルに生じる起電力をリアルタイムで検出するので、摂動する電場や液体内の電荷の変化に影響されやすく、測定値が不安定になる傾向があった。   As described in Patent Documents 2 and 3 above, by disposing the conduit through which the liquid flows so as to pass through the centers of the two toroidal coils, the conductivity of the liquid can be set in a completely non-contact state. It becomes possible to measure. However, these detectors detect the electromotive force generated in the toroidal coil on the output side in real time, so that they tend to be affected by perturbed electric fields and changes in charge in the liquid, and the measured values tend to be unstable. .

本発明は、上記した点に鑑みてなされたものであり、液体を含む測定対象物の導電率や比誘電率等の電気特性を非接触且つ安定的に測定することができる電気特性測定装置、電気特性測定方法およびプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and an electrical property measuring apparatus that can stably and non-contactly measure electrical properties such as conductivity and relative dielectric constant of a measurement object including a liquid, It is an object to provide a method and a program for measuring electrical characteristics.

本発明の第1の観点によれば、測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を収容する容器と、前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように配置された第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルと、前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力する電圧入力手段と、前記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物の電気特性を導出する導出手段と、を含む電気特性測定装置が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the measurement object is electromagnetically coupled to the container that accommodates the measurement object and the current flowing through the annular current path so that the measurement object forms an annular current path. and placed first toroidal coil and a second toroidal coil, a voltage input means for sequentially inputting a plurality of different AC voltage frequency to said first toroidal coil, is input before Symbol first toroidal coil Acquisition means for acquiring a frequency characteristic of at least one of a voltage ratio and a phase difference between an input voltage and an output voltage output from the second toroidal coil; and the voltage ratio and the level acquired by the acquisition means There is provided an electrical characteristic measuring device including deriving means for deriving an electrical characteristic of the measurement object based on at least one frequency characteristic of the phase difference.

本発明の第2の観点によれば、前記容器内の導電率および比誘電率が既知である場合の前記入力電圧と前記出力電圧との電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を、基準周波数特性として当該導電率および比誘電率に対応付けて記憶し、且つ複数の導電率
および比誘電率の各々に対応する複数の基準周波数特性を記憶した記憶部を更に含み、前記導出手段は、前記記憶部に記憶された複数の基準周波数特性のうち、前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に最も近似する基準周波数特性を抽出し、抽出した基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率の少なくとも一方を前記測定対象物の電気特性として導出する第1の観点による電気特性測定装置が提供される。
According to the second aspect of the present invention, the frequency characteristic of at least one of the voltage ratio and the phase difference between the input voltage and the output voltage when the electrical conductivity and the relative dielectric constant in the container are known is a reference. The derivation means further includes a storage unit that stores the frequency characteristics in association with the electrical conductivity and relative dielectric constant, and stores a plurality of reference frequency characteristics corresponding to each of the plurality of electrical conductivity and relative dielectric constant, Of the plurality of reference frequency characteristics stored in the storage unit, a reference frequency characteristic closest to at least one of the voltage ratio and the phase difference acquired by the acquisition unit is extracted, and the extracted reference frequency An electrical property measuring apparatus according to a first aspect is provided that derives at least one of conductivity and relative dielectric constant corresponding to the property as electrical properties of the measurement object.

本発明の第3の観点によれば、前記導出手段は、前記取得手段によって取得された前記電圧比の周波数特性に最も近似する基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率と、前記取得手段によって取得された前記位相差の周波数特性に最も近似する基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率と、の双方に基づいて前記測定対象物の導電率および比誘電率を導出する第2の観点による電気特性測定装置が提供される。   According to a third aspect of the present invention, the derivation means includes a conductivity and a relative dielectric constant corresponding to a reference frequency characteristic that most closely approximates the frequency characteristic of the voltage ratio acquired by the acquisition means, and the acquisition means. A conductivity and a relative permittivity of the object to be measured are derived based on both a conductivity and a relative dielectric constant corresponding to a reference frequency characteristic that most closely approximates the frequency characteristic of the phase difference obtained by An electrical property measuring apparatus according to a viewpoint is provided.

本発明の第4の観点によれば、測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を収容する容器と、前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように配置された第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルと、前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力する電圧入力手段と、前記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得する取得手段と、前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物の特定もしくは性状に関する判定結果を導出する導出手段と、を含む電気特性測定装置が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, the measurement object is electromagnetically coupled to the container that accommodates the measurement object and the current flowing through the annular current path so that the measurement object forms an annular current path. and placed first toroidal coil and a second toroidal coil, a voltage input means for sequentially inputting a plurality of different AC voltage frequency to said first toroidal coil, is input before Symbol first toroidal coil Acquisition means for acquiring a frequency characteristic of at least one of a voltage ratio and a phase difference between an input voltage and an output voltage output from the second toroidal coil; and the voltage ratio and the level acquired by the acquisition means An electrical property measuring device including deriving means for deriving a determination result relating to identification or property of the measurement object based on frequency characteristics of at least one of the phase differences It is subjected.

本発明の第5の観点によれば、前記導出手段が前記測定対象物に関する判定結果を導出する際の判定基準として使用される基準周波数特性を記憶した記憶部を更に含み、
前記導出手段は、前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性と、前記記憶部に記憶された基準周波数特性との比較結果に基づいて前記測定対象物に関する判定結果を導出する第4の観点による電気特性測定装置が提供される。
According to a fifth aspect of the present invention, the apparatus further includes a storage unit that stores a reference frequency characteristic used as a determination criterion when the deriving unit derives a determination result related to the measurement object.
The deriving unit determines the measurement object based on a comparison result between at least one frequency characteristic of the voltage ratio and the phase difference acquired by the acquiring unit and a reference frequency characteristic stored in the storage unit. An electrical property measuring apparatus according to a fourth aspect for deriving a result is provided.

本発明の第6の観点によれば、前記容器は、前記測定対象物が流入する入口側流路と、前記測定対象物が流出する出口側流路と、を含み、前記入口側流路と前記出口側流路とを隔てる壁が半透膜を含む第1乃至第5のいずれかの観点による電気特性測定装置が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, the container includes an inlet-side channel into which the measurement object flows and an outlet-side channel from which the measurement object flows out, and the inlet-side channel There is provided an electrical property measuring apparatus according to any one of the first to fifth aspects, wherein a wall separating the outlet side flow path includes a semipermeable membrane.

本発明の第7の観点によれば、前記容器は、前記測定対象物が流通する管路と、両端が前記管路内を流通する測定対象物と電気的に接続される導体配線と、を含む第1乃至第5のいずれかの観点による電気特性測定装置が提供される。   According to a seventh aspect of the present invention, the container includes a conduit through which the measurement object circulates, and a conductor wiring that is electrically connected to the measurement object whose both ends circulate in the conduit. An electrical property measuring apparatus according to any one of the first to fifth aspects is provided.

本発明の第8の観点によれば、前記交流電圧の周波数は、100kHzから1MHzまでの範囲を含む第1乃至第7のいずれかの観点による電気特性測定装置が提供される。   According to an eighth aspect of the present invention, there is provided the electrical characteristic measuring apparatus according to any one of the first to seventh aspects, wherein the frequency of the AC voltage includes a range from 100 kHz to 1 MHz.

本発明の第9の観点によれば、測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を容器に収容するステップと、前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルを配置するステップと、前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力するステップと、前記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得するステップと、前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物の電気特性を導出するステップと、を含む電気特性測定方法が提供される。 According to a ninth aspect of the present invention, the step of accommodating the measurement object in a container so that the measurement object forms an annular current path, and electromagnetically coupled with the current flowing through the annular current path. placing a first toroidal coil and a second toroidal coil as the steps of sequentially inputting a plurality of different AC voltage frequency to said first toroidal coil, is input before Symbol first toroidal coil Obtaining a frequency characteristic of at least one of a voltage ratio and a phase difference between an input voltage to be output and an output voltage output from the second toroidal coil, and a frequency characteristic of at least one of the voltage ratio and the phase difference Deriving an electrical property of the measurement object based on the above, an electrical property measurement method is provided.

本発明の第10の観点によれば、測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を容器に収容するステップと、前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルを配置するステップと、前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力するステップと、前記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得するステップと前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物に関する判定結果を導出するステップと、を含む電気特性測定方法が提供される。 According to a tenth aspect of the present invention, the step of accommodating the measurement object in a container so that the measurement object forms an annular current path, and electromagnetically coupled with the current flowing through the annular current path. placing a first toroidal coil and a second toroidal coil as the steps of sequentially inputting a plurality of different AC voltage frequency to said first toroidal coil, is input before Symbol first toroidal coil Obtaining a frequency characteristic of at least one of a voltage ratio and a phase difference between the input voltage to be output and an output voltage output from the second toroidal coil, and at least one of the frequency characteristics of the voltage ratio and the phase difference. And a step of deriving a determination result related to the measurement object based on the method.

本発明の第11の観点によれば、コンピュータを、第1乃至第8のいずれかの観点による電気特性測定装置における前記導出手段として機能させるためのプログラムが提供される。   According to an eleventh aspect of the present invention, there is provided a program for causing a computer to function as the derivation means in the electrical characteristic measuring device according to any one of the first to eighth aspects.

本発明に係る電気特性測定装置、電気特性測定方法およびプログラムによれば、測定対象物の電気特性を非接触且つ安定的に測定することが可能となる。   According to the electrical characteristic measuring device, the electrical characteristic measuring method, and the program according to the present invention, it is possible to stably measure the electrical characteristics of the measurement object in a non-contact manner.

本発明の実施形態に係る電気特性測定装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the electrical property measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図2(a)は、本発明の実施形態に係る容器の斜視図、図2(b)は容器の上面図、図2(c)は、図2(b)における2c−2c線に沿った断面図である。2A is a perspective view of the container according to the embodiment of the present invention, FIG. 2B is a top view of the container, and FIG. 2C is along line 2c-2c in FIG. 2B. It is sectional drawing. 本発明の実施形態に係るトロイダルコイルを構成するフェライトコアの正面図および側面図である。It is the front view and side view of the ferrite core which comprise the toroidal coil which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電気特性導出部および制御部のハードウェア構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the hardware constitutions of the electrical property derivation | leading-out part and control part which concern on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電気特性測定装置の測定系の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the measurement system of the electrical property measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図6(a)は、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置を用いて基準周波数特性データを取得する場合の構成を示す図、図6(b)は、図6(a)に対応する等価回路図である。6A is a diagram showing a configuration in the case where reference frequency characteristic data is acquired using the electrical characteristic measuring apparatus according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6B corresponds to FIG. 6A. It is an equivalent circuit diagram. 図7(a)は、本発明の実施形態に係る基準周波数特性を取得する際に使用する抵抗素子の抵抗値を示す図、図7(b)は、容量素子の容量値を示す図である。FIG. 7A is a diagram showing the resistance value of the resistance element used when acquiring the reference frequency characteristic according to the embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a diagram showing the capacitance value of the capacitance element. . 図8(a)〜図8(c)は、本発明の実施形態に係る電圧比の基準周波数特性を示すグラフである。FIG. 8A to FIG. 8C are graphs showing the reference frequency characteristics of the voltage ratio according to the embodiment of the present invention. 図9(a)〜図9(c)は、本発明の実施形態に係る電圧比の基準周波数特性を示すグラフである。FIG. 9A to FIG. 9C are graphs showing the reference frequency characteristics of the voltage ratio according to the embodiment of the present invention. 図10(a)〜図10(c)は、本発明の実施形態に係る電圧比の基準周波数特性を示すグラフである。FIG. 10A to FIG. 10C are graphs showing the reference frequency characteristics of the voltage ratio according to the embodiment of the present invention. 図11(a)〜図11(c)は、本発明の実施形態に係る位相差の基準周波数特性を示すグラフである。FIG. 11A to FIG. 11C are graphs showing the reference frequency characteristics of the phase difference according to the embodiment of the present invention. 図12(a)〜図12(c)は、本発明の実施形態に係る位相差の基準周波数特性を示すグラフである。FIG. 12A to FIG. 12C are graphs showing the reference frequency characteristics of the phase difference according to the embodiment of the present invention. 図13(a)〜図13(c)は、本発明の実施形態に係る位相差の基準周波数特性を示すグラフである。FIG. 13A to FIG. 13C are graphs showing the reference frequency characteristics of the phase difference according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る電気特性測定処理プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of a process in the electrical property measurement process program which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第1の導出処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the 1st derivation | leading-out process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る第2の導出処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the 2nd derivation | leading-out process which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電気特性測定装置における測定対象として使用したNaCl水溶液の濃度と導電率および比誘電率の理論値を示す図である。It is a figure which shows the theoretical value of the density | concentration of the NaCl aqueous solution used as a measuring object in the electrical property measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention, and an electrical conductivity and a dielectric constant. 図18(a)は、NaCl水溶液について取得した電圧比の周波数特性を示すグラフであり、図18(b)は、NaCl水溶液について取得した位相差の周波数特性を示すグラフである。FIG. 18A is a graph showing the frequency characteristic of the voltage ratio acquired for the NaCl aqueous solution, and FIG. 18B is a graph showing the frequency characteristic of the phase difference acquired for the NaCl aqueous solution. 本発明の実施形態に係る電気特性測定装置における測定対象として使用したコンクリートの材料と配合率を示す図である。It is a figure which shows the material and compounding ratio of the concrete used as a measuring object in the electrical property measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る電気特性測定装置を用いてコンクリートの電気特性を測定する場合における測定点を示す図である。It is a figure which shows the measuring point in the case of measuring the electrical property of concrete using the electrical property measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図21(a)および図21(b)は、周囲温度、湿度およびコンクリートの表面温度の時間推移を示すグラフである。FIG. 21 (a) and FIG. 21 (b) are graphs showing time transitions of ambient temperature, humidity, and concrete surface temperature. 図22(a)および図22(b)は、コンクリートについて取得した電圧比の時間推移を示すグラフである。FIG. 22A and FIG. 22B are graphs showing the time transition of the voltage ratio acquired for concrete. 図23(a)および図23(b)は、コンクリートについて取得した位相差の時間推移を示すグラフである。FIG. 23 (a) and FIG.23 (b) are graphs which show the time transition of the phase difference acquired about concrete. 図24(a)は、コンクリートについて取得した電圧比の周波数特性を示すグラフである。図24(b)は、コンクリートについて取得した位相差の周波数特性を示すグラフである。FIG. 24A is a graph showing the frequency characteristics of the voltage ratio acquired for concrete. FIG. 24B is a graph showing the frequency characteristics of the phase difference acquired for the concrete. 本発明の実施形態に係る電気特性測定装置における測定対象として使用した乳製品の成分を示す図である。It is a figure which shows the component of the dairy product used as a measuring object in the electrical property measuring apparatus which concerns on embodiment of this invention. 図24(a)は、乳製品について取得した電圧比の周波数特性を示すグラフである。図24(b)は、乳製品について取得した位相差の周波数特性を示すグラフである。FIG. 24A is a graph showing the frequency characteristics of the voltage ratio acquired for the dairy product. FIG. 24B is a graph showing the frequency characteristics of the phase difference acquired for the dairy product. 周波数特性を用いて乳製品のうまみを判定する場合における判定基準を例示する図である。It is a figure which illustrates the determination reference | standard in the case of determining the umami of dairy products using a frequency characteristic. 図28(a)は、血液について取得した電圧比の周波数特性を示すグラフである。図28(b)は、血液について取得した位相差の周波数特性を示すグラフである。FIG. 28A is a graph showing the frequency characteristics of the voltage ratio acquired for blood. FIG. 28B is a graph showing the frequency characteristics of the phase difference acquired for blood. 図29(a)〜図29(c)は、本発明の実施形態に係る容器の構成を示す図である。Fig.29 (a)-FIG.29 (c) are figures which show the structure of the container which concerns on embodiment of this invention. 本発明の他の実施形態に係る電気特性測定装置の構成を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows the structure of the electrical property measuring apparatus which concerns on other embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一または等価な構成要素および部分には同一の参照符を付与している。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same or equivalent components and parts.

[第1の実施形態]
(装置の構成)
図1は、本発明の第1の実施形態に係る電気特性測定装置100の構成を示す機能ブロック図である。電気特性測定装置100は、容器20内に収容された液体を含む測定対象物の導電率および比誘電率を含む電気特性を2つのトロイダルコイル10および11を用いて非接触で測定する電磁式の測定装置である。
[First Embodiment]
(Device configuration)
FIG. 1 is a functional block diagram showing the configuration of the electrical characteristic measuring apparatus 100 according to the first embodiment of the present invention. The electrical property measuring apparatus 100 is an electromagnetic type that measures electrical properties including the electrical conductivity and relative permittivity of a measurement object including a liquid contained in a container 20 in a non-contact manner using two toroidal coils 10 and 11. It is a measuring device.

容器20は、電気特性の測定対象となる液体を収容するためのものである。図2(a)は容器20の斜視図、図2(b)は容器20の上面図、図2(c)は、図2(b)における2c−2c線に沿った断面図である。容器20は、容器20内に充填された測定対象の液体が環状の電流経路を形成するように矩形環状をなしている。容器20は、例えばアクリル等の樹脂材料を用いて構成することが可能である。本実施形態の一態様において、容器20の外周側の壁の長さL1およびL2は、それぞれ80mm、内周側の壁の長さL3およびL4は、それぞれ52mm、高さTは15mm、アクリル板の板厚は1mmとされている。また、図2(b)における破線gの長さに対応する、容器20によって形成される管路の平均長Lは260mmとされている。なお、平均長Lは、容器20によって構成される管路の中央を通る線の全長である。また、図2(c)に示されるように、容器20の管路の内側の幅Wは13mmとされている。   The container 20 is for containing a liquid to be measured for electrical characteristics. 2A is a perspective view of the container 20, FIG. 2B is a top view of the container 20, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line 2c-2c in FIG. 2B. The container 20 has a rectangular ring shape so that the liquid to be measured filled in the container 20 forms an annular current path. The container 20 can be configured using a resin material such as acrylic. In one aspect of the present embodiment, the length L1 and L2 of the outer peripheral wall of the container 20 are 80 mm, the length L3 and L4 of the inner peripheral wall are 52 mm, and the height T is 15 mm, respectively. The plate thickness is set to 1 mm. Moreover, the average length L of the pipe line formed by the container 20 corresponding to the length of the broken line g in FIG. 2B is 260 mm. Note that the average length L is the total length of a line passing through the center of the conduit constituted by the container 20. Moreover, as FIG.2 (c) shows, the width W inside the pipe line of the container 20 is 13 mm.

本実施形態において、一対のトロイダルコイル10および11は、それぞれ、直径0.05mmのポリウレタン被膜導線120本を一束としたリッツ線を円環状のフェライトコアに10回巻き付けて構成される。本実施形態において、フェライトコアは、SIEMENS社製N30(基材:MnZn、初透磁率μ:4300±25%、磁界強度H:1200A/m、抵抗率σ:0.5Ωm)を使用した。図3は、トロイダルコイル10および11を構成するフェライトコア12の正面図および側面図である。フェライトコア12の外径D1は50mm、内径D2は30mm、幅Eは20mmとされている。トロイダルコイル10および11は、容器内に形成される電流ループとトロイダルコイル10および11とが電磁的に結合するように、容器20の管路が円環状のフェライトコアの貫通孔12aを挿通するように配置される。 In the present embodiment, each of the pair of toroidal coils 10 and 11 is configured by winding a litz wire having a bundle of 120 polyurethane coated conductors having a diameter of 0.05 mm around an annular ferrite core 10 times. In the present embodiment, N30 (base material: MnZn, initial permeability μ i : 4300 ± 25%, magnetic field strength H: 1200 A / m, resistivity σ: 0.5 Ωm) manufactured by SIEMENS was used as the ferrite core. FIG. 3 is a front view and a side view of the ferrite core 12 constituting the toroidal coils 10 and 11. The ferrite core 12 has an outer diameter D1 of 50 mm, an inner diameter D2 of 30 mm, and a width E of 20 mm. The toroidal coils 10 and 11 are arranged so that the pipe line of the container 20 passes through the through hole 12a of the annular ferrite core so that the current loop formed in the container and the toroidal coils 10 and 11 are electromagnetically coupled. Placed in.

なお、トロイダルコイル10および11の容器20からの取り外しを容易とするために、フェライトコア12は、予め環を横断するように半分に切断されており、切断部分がタイバンドで結合されている。半分に切断したフェライトコア12をタイバンドで結合する際には、切断面にゴミなどの異物が付着しないように注意する必要がある。ゴミなどの異物が切断面に付着しなければ、フェライトコア12の磁路は完全に閉じており、且つフェライトコア12の比透磁率が高いことから、高い相互インダクタンス(磁気結合)を得ることができる。従って、本装置によって取得される電気特性の測定値にフェライトコア12を切断したことによる影響が及ぶことはない。   In order to facilitate the removal of the toroidal coils 10 and 11 from the container 20, the ferrite core 12 is cut in half so as to cross the ring in advance, and the cut portions are joined by tie bands. When the ferrite core 12 cut in half is joined with a tie band, care must be taken to prevent foreign matters such as dust from adhering to the cut surface. If no foreign matter such as dust adheres to the cut surface, the magnetic path of the ferrite core 12 is completely closed and the relative permeability of the ferrite core 12 is high, so that a high mutual inductance (magnetic coupling) can be obtained. it can. Therefore, the measurement value of the electrical characteristic acquired by the present apparatus is not affected by cutting the ferrite core 12.

信号発振器30は、入力側のトロイダルコイル10の端子に接続されている。信号発振器30は、正弦波の交流電圧を発生する発振器であり、制御部60からの制御信号に基づいて周波数を順次変化させつつ入力側のトロイダルコイル10に交流電圧を供給する。   The signal oscillator 30 is connected to a terminal of the toroidal coil 10 on the input side. The signal oscillator 30 is an oscillator that generates a sinusoidal AC voltage, and supplies the AC voltage to the toroidal coil 10 on the input side while sequentially changing the frequency based on a control signal from the control unit 60.

入力側のトロイダルコイル10および出力側のトロイダルコイル11の端子は、それぞれ、電圧比測定部32および位相差測定部34に接続されている。電圧比測定部32は、制御部60から供給される制御信号に基づいて、入力側のトロイダルコイル10に入力される入力電圧の実効値V1と、出力側のトロイダルコイル11から出力される出力電圧の実効値V2とを測定し、入力電圧と出力電圧の比V2/V1を演算により導出して出力する。   The terminals of the input-side toroidal coil 10 and the output-side toroidal coil 11 are connected to a voltage ratio measuring unit 32 and a phase difference measuring unit 34, respectively. Based on the control signal supplied from the control unit 60, the voltage ratio measurement unit 32 outputs the effective value V1 of the input voltage input to the input-side toroidal coil 10 and the output voltage output from the output-side toroidal coil 11. The effective value V2 is measured, and the ratio V2 / V1 between the input voltage and the output voltage is derived by calculation and output.

位相差測定部34は、制御部60から供給される制御信号に基づいて、入力側のトロイダルコイル10に入力される入力電圧の波形と出力側のトロイダルコイル11から出力される出力電圧の波形を取得し、入力電圧の位相P1と、出力電圧の位相P2との位相差を導出する。位相差測定部34は、位相P2に対して位相P1が遅れている場合、位相差を負の値として出力し、位相P2に対して位相P1が進んでいる場合、位相差を正の値として出力する。電圧比測定部32および位相差測定部34は、例えば、チャンネル間の演算処理が可能な多チャンネル式のデジタルオシロスコープで構成されていてもよい。   Based on the control signal supplied from the control unit 60, the phase difference measuring unit 34 determines the waveform of the input voltage input to the input side toroidal coil 10 and the waveform of the output voltage output from the output side toroidal coil 11. The phase difference between the phase P1 of the input voltage and the phase P2 of the output voltage is derived. The phase difference measurement unit 34 outputs the phase difference as a negative value when the phase P1 is delayed with respect to the phase P2, and sets the phase difference as a positive value when the phase P1 is advanced with respect to the phase P2. Output. The voltage ratio measurement unit 32 and the phase difference measurement unit 34 may be configured by, for example, a multichannel digital oscilloscope capable of performing arithmetic processing between channels.

記憶部40は、ハードディスク、半導体メモリ、光ディスク等のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体を含んで構成されており、後述する電気特性導出部50が容器20に収容された液体の電気特性を導出する際に、電気特性導出部50が参照する基準周波数特性を記憶している。なお、基準周波数特性については後述する。   The storage unit 40 is configured to include a computer-readable storage medium such as a hard disk, a semiconductor memory, or an optical disk. When the electrical property deriving unit 50 described later derives the electrical property of the liquid stored in the container 20. The reference frequency characteristic referred to by the electrical characteristic deriving unit 50 is stored. The reference frequency characteristic will be described later.

電気特性導出部50は、電圧比測定部32および位相差測定部34からトロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比および位相差を各周波数毎に取得し、該電圧比および該位相差の周波数特性を記憶部40に記憶された基準周波数特性と比較した結果に基づいて、容器20内に収容された液体の電気特性(導電率および比誘電率)を導出する。より具体的には、電気特性導出部50は、該電圧比および該位相差の周波数特性に最も近い周波数特性を、記憶部40に記憶された複数の基準周波数特性の中から選択し、選択した基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率を、測定対象の液体の導電率および比誘電率として導出する。   The electrical characteristic deriving unit 50 acquires the voltage ratio and phase difference of the input / output voltages of the toroidal coils 10 and 11 from the voltage ratio measuring unit 32 and the phase difference measuring unit 34 for each frequency, and the voltage ratio and the phase difference are obtained. Based on the result of comparing the frequency characteristics with the reference frequency characteristics stored in the storage unit 40, the electrical characteristics (conductivity and relative dielectric constant) of the liquid contained in the container 20 are derived. More specifically, the electrical characteristic deriving unit 50 selects and selects the frequency characteristic closest to the frequency characteristic of the voltage ratio and the phase difference from the plurality of reference frequency characteristics stored in the storage unit 40. The conductivity and relative permittivity corresponding to the reference frequency characteristic are derived as the conductivity and relative permittivity of the liquid to be measured.

制御部60は、信号発振器30、電圧比測定部32、位相差測定部34および電気特性導出部50に所定のタイミングで制御信号を供給することにより、これらの構成部分の動作タイミングを制御する。   The control unit 60 supplies control signals to the signal oscillator 30, the voltage ratio measurement unit 32, the phase difference measurement unit 34, and the electrical characteristic derivation unit 50 at a predetermined timing, thereby controlling the operation timing of these components.

電気特性導出部50および制御部60は、図4に示すように、CPU200と、CPU200において実行される各種プログラムを記憶したROM201(Read Only Memory)と、CPU200における演算処理に供されるデータ等を一時的に保存するRAM(Random Access Memory)202と、電圧比測定部32および位相差測定部34から供給される電圧比および位相差の周波数特性を記憶するハードディスク(HDD)203と、を含むコンピュータを含んで構成されている。   As shown in FIG. 4, the electrical characteristic deriving unit 50 and the control unit 60 include a CPU 200, a ROM 201 (Read Only Memory) that stores various programs executed by the CPU 200, data used for arithmetic processing in the CPU 200, and the like. A computer including a RAM (Random Access Memory) 202 for temporarily storing, and a hard disk (HDD) 203 for storing voltage ratio and phase difference frequency characteristics supplied from the voltage ratio measuring unit 32 and the phase difference measuring unit 34 It is comprised including.

(測定の原理)
図5に、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100の測定系の構成を示す図である。電気特性測定装置100は、測定対象となる液体によって形成される電流ループを介して入力側のトロイダルコイル10と出力側のトロイダルコイル11との間に電磁結合を形成する。すなわち、図5に示すように、入力側のトロイダルコイル10は1次コイル10aに相当し、出力側のトロイダルコイル11は4次コイル11aに相当する。また、トロイダルコイル10および11の貫通孔を挿通する容器20内に収容された測定対象の液体は、1回巻の2次コイル21aおよび3次コイル22aとみなすことができる。
(Measurement principle)
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a measurement system of the electrical characteristic measurement apparatus 100 according to the embodiment of the present invention. The electrical characteristic measuring apparatus 100 forms electromagnetic coupling between the input-side toroidal coil 10 and the output-side toroidal coil 11 via a current loop formed by the liquid to be measured. That is, as shown in FIG. 5, the toroidal coil 10 on the input side corresponds to the primary coil 10a, and the toroidal coil 11 on the output side corresponds to the quaternary coil 11a. The liquid to be measured contained in the container 20 that is inserted through the through holes of the toroidal coils 10 and 11 can be regarded as the secondary coil 21a and the tertiary coil 22a of one turn.

信号発振器30によって1次コイル10aに相当する入力側のトロイダルコイル10に交流電圧を印加すると、アンペールの法則に従ってトロイダルコイル10の内部に、電流を打ち消す方向の磁界が生じる。これにより、2次コイル21aに相当する液体は、磁界を妨げる方向に誘導電流を発生させる。この誘導電流は、3次コイル22aにも流れる。これにより、4次コイル11aに相当する出力側のトロイダルコイル11に磁界が生成され、その結果、トロイダルコイル11に起電力が生じることとなる。なお、トロイダルコイル10および11自体の漏れ磁束は少ないので、容器20とトロイダルコイル10および11との間に空気層があっても、高い結合度が維持される。   When an AC voltage is applied to the toroidal coil 10 on the input side corresponding to the primary coil 10a by the signal oscillator 30, a magnetic field in the direction of canceling the current is generated inside the toroidal coil 10 according to Ampere's law. As a result, the liquid corresponding to the secondary coil 21a generates an induced current in a direction that prevents the magnetic field. This induced current also flows through the tertiary coil 22a. Thereby, a magnetic field is generated in the toroidal coil 11 on the output side corresponding to the quaternary coil 11a, and as a result, an electromotive force is generated in the toroidal coil 11. In addition, since the leakage magnetic flux of toroidal coils 10 and 11 itself is small, even if an air layer exists between the container 20 and the toroidal coils 10 and 11, a high degree of coupling is maintained.

電圧比測定部32は、入力側のトロイダルコイル10に入力される入力電圧の実効値V1と、出力側のトロイダルコイル11から出力される出力電圧の実効値V2を測定し、入力電圧と出力電圧の比V2/V1を演算により導出して出力する。信号発振器30は、制御部60の制御に基づいて周波数が互いに異なる複数の交流電圧を順次入力側のトロイダルコイル10に印加する。これにより、電圧比V2/V1の周波数特性が取得される。   The voltage ratio measuring unit 32 measures the effective value V1 of the input voltage input to the toroidal coil 10 on the input side and the effective value V2 of the output voltage output from the toroidal coil 11 on the output side. The ratio V2 / V1 is derived by calculation and output. The signal oscillator 30 sequentially applies a plurality of AC voltages having different frequencies to the toroidal coil 10 on the input side under the control of the control unit 60. Thereby, the frequency characteristic of voltage ratio V2 / V1 is acquired.

位相差測定部34は、入力側のトロイダルコイル10に入力される入力電圧の波形と出力側のトロイダルコイル11から出力される出力電圧の波形を取得し、入力電圧の位相P1と、出力電圧の位相P2との位相差を導出する。信号発振器30は、制御部60の制御に基づいて周波数が互いに異なる複数の交流電圧を順次入力側のトロイダルコイル10に印加する。これにより、入力電圧と出力電圧の位相差の周波数特性が取得される。   The phase difference measuring unit 34 acquires the waveform of the input voltage input to the toroidal coil 10 on the input side and the waveform of the output voltage output from the toroidal coil 11 on the output side, the phase P1 of the input voltage, and the output voltage A phase difference from the phase P2 is derived. The signal oscillator 30 sequentially applies a plurality of AC voltages having different frequencies to the toroidal coil 10 on the input side under the control of the control unit 60. Thereby, the frequency characteristic of the phase difference between the input voltage and the output voltage is acquired.

トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比および位相差の周波数特性は、測定対象の液体の導電率および比誘電率に応じて定まるので、電圧比および比誘電率の周波数特性を取得することにより、測定対象の液体の導電率および比誘電率を導出することが可能である。本実施形態に係る電気特性測定装置100は、電気特性測定部50が、測定対象の液体について取得した電圧比および位相差の周波数特性を、記憶部40に記憶された電圧比および位相差に関する基準周波数特性と照合した結果に基づいて測定対象の液体の導電率および比誘電率を導出する。   Since the frequency characteristics of the input / output voltages of the toroidal coils 10 and 11 and the frequency characteristics of the phase difference are determined according to the conductivity and relative permittivity of the liquid to be measured, the frequency characteristics of the voltage ratio and relative permittivity are acquired. Thus, it is possible to derive the conductivity and relative permittivity of the liquid to be measured. In the electrical characteristic measuring apparatus 100 according to the present embodiment, the frequency characteristic of the voltage ratio and phase difference acquired by the electrical characteristic measuring unit 50 for the liquid to be measured is used as a reference for the voltage ratio and phase difference stored in the storage unit 40. The conductivity and relative permittivity of the liquid to be measured are derived based on the result of checking with the frequency characteristics.

(基準周波数特性の取得)
以下に、記憶部40に記憶される基準周波数特性の取得方法について説明する。図6(a)は、電気特性測定装置100を用いて基準周波数特性データを取得する場合の構成を示す図、図6(b)は、図6(a)に対応する等価回路図である。
(Acquisition of reference frequency characteristics)
Below, the acquisition method of the reference frequency characteristic memorize | stored in the memory | storage part 40 is demonstrated. FIG. 6A is a diagram showing a configuration when reference frequency characteristic data is acquired using the electrical characteristic measuring apparatus 100, and FIG. 6B is an equivalent circuit diagram corresponding to FIG. 6A.

本実施形態では、図6(a)に示すように、抵抗素子Rと容量素子Cとを並列に接続したRC並列回路の両端を導線Yで接続し、導線Yを容器20内に収容したものを基準周波数特性を取得するための測定回路とした。導線Yは、トロイダルコイル10および11の貫通孔を挿通するように配置される。このような測定回路を構成することで、容器20内に導電率σ、比誘電率εの液体を充填した状態が模擬される。換言すれば、容器20内に導電率σおよび比誘電率εの電流経路が形成される。ここで、真空の誘電率をε、容器20の管路の平均長をL、容器20の断面積をSとすると、抵抗素子Rの抵抗値rおよび容量素子Cの容量値cは、それぞれ、下記の(1)式および(2)式で表すことができる。 In the present embodiment, as shown in FIG. 6A, both ends of an RC parallel circuit in which a resistance element R and a capacitance element C are connected in parallel are connected by a conductive wire Y, and the conductive wire Y is accommodated in a container 20. Was used as a measurement circuit for obtaining the reference frequency characteristics. Conductive wire Y is arranged to pass through the through holes of toroidal coils 10 and 11. Such measurement circuit by configuring the, electric conductivity in the container 20 sigma, specific state filled with liquid dielectric constant epsilon r is simulated. In other words, a current path having a conductivity σ and a relative dielectric constant ε r is formed in the container 20. Here, when the dielectric constant of vacuum is ε 0 , the average length of the conduit of the container 20 is L, and the sectional area of the container 20 is S, the resistance value r of the resistance element R and the capacitance value c of the capacitance element C are respectively These can be represented by the following formulas (1) and (2).

r=L/σS ・・・(1)
c=εεS/L ・・・(2)
本実施形態の一態様において、容器20の平均長Lおよび断面積Sは、それぞれL=260mm、S=130mm(容器20の底から高さ10mmまで液体を充填した場合)であり、真空の誘電率εは、8.8541×10−12F/mであるので、これらの値を上記の(1)式および(2)式に代入すると、下記の(3)式および(4)式が得られる。
r = L / σS (1)
c = ε 0 ε r S / L (2)
In one aspect of this embodiment, the average length L and the cross-sectional area S of the container 20 are L = 260 mm and S = 130 mm 2 (when liquid is filled from the bottom of the container 20 to a height of 10 mm), respectively, Since the dielectric constant ε 0 is 8.8541 × 10 −12 F / m, when these values are substituted into the above equations (1) and (2), the following equations (3) and (4) Is obtained.

r=2000/σ ・・・(3)
c=ε×4.42705×10−15 ・・・(4)
すなわち、抵抗素子Rの抵抗値rを(3)式に代入することにより、容器20内に充填されたものと想定された液体の導電率σを求めることができる。例えば、抵抗素子Rの抵抗値rを10Ωとした場合、導電率σが200S/mである液体が容器20内に充填された状態が模擬される。また、容量素子Cの容量値cを(4)式に代入することにより、容器20内に充填されたものと想定された液体の比誘電率εを求めることができる。例えば、容量素子Cの容量値cを1.0pFとした場合、比誘電率εが225.9である液体が容器20内に充填された状態が模擬される。
r = 2000 / σ (3)
c = ε r × 4.42705 × 10 -15 ··· (4)
That is, by substituting the resistance value r of the resistance element R into the equation (3), the electrical conductivity σ of the liquid assumed to be filled in the container 20 can be obtained. For example, when the resistance value r of the resistance element R is 10Ω, a state in which the container 20 is filled with a liquid having a conductivity σ of 200 S / m is simulated. Further, by substituting the capacitance value c of the capacitive element C into the equation (4), the relative dielectric constant ε r of the liquid assumed to be filled in the container 20 can be obtained. For example, when the capacitance value c of the capacitive element C is 1.0 pF, a state in which the container 20 is filled with a liquid having a relative dielectric constant ε r of 225.9 is simulated.

上記したようなRC並列回路を用いて電圧比および位相差の基準周波数特性を以下の手順で取得した。初めに、図6(a)および図6(b)に示す測定回路を構成し、信号発振器30を用いて入力側のトロイダルコイル10に交流電圧を印加する。次に、入力側のトロイダルコイル10に入力される入力電圧と、出力側のトロイダルコイル11から出力される出力電圧との電圧比および位相差を電圧比測定部32および位相差測定部34を構成するオシロスコープを用いて測定する。次に、信号発振器30から出力される交流電圧の周波数を変化させ、上記と同様に電圧比と位相差を取得する。本実施形態では、交流電圧の周波数を100kHz〜1MHzの範囲で、100kHzずつ変化させ、各周波数毎に電圧比と位相差を取得した。これにより、当該抵抗値r(導電率σ)および容量値c(比誘電率ε)に対応する電圧比と位相差の周波数特性が取得される。次に、抵抗値rおよび容量値cを変化させ、上記と同様に電圧比と位相差の周波数特性を取得する。本実施形態では、図7(a)に示す抵抗値rの抵抗素子Rおよび図7(b)に示す容量値cの容量素子Cを使用し、これらの全ての組み合わせについて電圧比および位相差の周波数特性を取得した。なお、図7(a)および図7(b)には、各抵抗値および各容量値に対応する導電率および比誘電率の値が併記されている。これらの導電率および比誘電率は、上記の(3)式および(4)式に基づいて算出された値である。以上のようにして抵抗素子および容量素子の各組み合わせについて取得した電圧比および位相差の周波数特性を、当該抵抗値r(導電率σ)および容量値c(比誘電率ε)に対応付け、これを基準周波数特性として記憶部40に格納する。 Using the RC parallel circuit as described above, the reference frequency characteristics of the voltage ratio and the phase difference were obtained by the following procedure. First, the measurement circuit shown in FIGS. 6A and 6B is configured, and an AC voltage is applied to the toroidal coil 10 on the input side using the signal oscillator 30. Next, the voltage ratio measuring unit 32 and the phase difference measuring unit 34 are configured by setting the voltage ratio and phase difference between the input voltage input to the input side toroidal coil 10 and the output voltage output from the output side toroidal coil 11. Measure using an oscilloscope. Next, the frequency of the alternating voltage output from the signal oscillator 30 is changed, and the voltage ratio and the phase difference are obtained in the same manner as described above. In the present embodiment, the frequency of the AC voltage is changed by 100 kHz in the range of 100 kHz to 1 MHz, and the voltage ratio and the phase difference are acquired for each frequency. Thereby, the frequency characteristic of the voltage ratio and the phase difference corresponding to the resistance value r (conductivity σ) and the capacitance value c (relative permittivity ε r ) is acquired. Next, the resistance value r and the capacitance value c are changed, and the frequency characteristics of the voltage ratio and the phase difference are obtained in the same manner as described above. In this embodiment, a resistance element R having a resistance value r shown in FIG. 7A and a capacitance element C having a capacitance value c shown in FIG. 7B are used, and the voltage ratio and phase difference of all of these combinations are used. The frequency characteristics were acquired. In FIGS. 7A and 7B, the values of conductivity and relative dielectric constant corresponding to each resistance value and each capacitance value are also shown. These electrical conductivity and relative dielectric constant are values calculated based on the above equations (3) and (4). As described above, the frequency characteristics of the voltage ratio and the phase difference acquired for each combination of the resistive element and the capacitive element are associated with the resistance value r (conductivity σ) and the capacitance value c (relative permittivity ε r ). This is stored in the storage unit 40 as a reference frequency characteristic.

図8〜図10は、上記の手順に従って取得した電圧比の基準周波数特性を示すグラフである。図8(a)、図8(b)、図8(c)は、容量素子Cの容量値cをそれぞれ、0pF、0.3pF、1.0pFとしたときの抵抗値毎の周波数特性である。図9(a)、図9(b)、図9(c)は、容量素子Cの容量値cをそれぞれ、10pF、100pF、200pFとしたときの抵抗値毎の周波数特性である。図10(a)、図10(b)は、容量素子Cの容量値cをそれぞれ、500pF、1000pFとしたときの抵抗値毎の周波数特性である。図8〜図10に示すグラフにおいて、縦軸はトロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比であり、対数をとっている。横軸は、トロイダルコイル10に入力される交流電圧の周波数である。各図において100kHz〜300kHzの範囲で測定点が不足している箇所があるが、これは位相差を測定するための十分な電圧がなかったためである。各図において、抵抗値が大きくなるにつれて電圧比の変化量が小さくなっていることが確認できる。これは、トランス内の負荷抵抗が大きくなることで電流が流れにくくなり、4次コイルに相当するトロイダルコイル11の出力電圧が小さくなったためと考えられる。   8 to 10 are graphs showing the reference frequency characteristics of the voltage ratio obtained according to the above procedure. FIG. 8A, FIG. 8B, and FIG. 8C are frequency characteristics for each resistance value when the capacitance value c of the capacitive element C is 0 pF, 0.3 pF, and 1.0 pF, respectively. . FIGS. 9A, 9B, and 9C show frequency characteristics for each resistance value when the capacitance value c of the capacitive element C is 10 pF, 100 pF, and 200 pF, respectively. 10A and 10B show frequency characteristics for each resistance value when the capacitance value c of the capacitive element C is 500 pF and 1000 pF, respectively. In the graphs shown in FIGS. 8 to 10, the vertical axis represents the voltage ratio of the input / output voltages of the toroidal coils 10 and 11, and is logarithmic. The horizontal axis represents the frequency of the AC voltage input to the toroidal coil 10. In each figure, there are portions where the measurement points are insufficient in the range of 100 kHz to 300 kHz. This is because there was not enough voltage to measure the phase difference. In each figure, it can be confirmed that the amount of change in the voltage ratio decreases as the resistance value increases. This is presumably because the load resistance in the transformer increases and current does not flow easily, and the output voltage of the toroidal coil 11 corresponding to the quaternary coil decreases.

図11〜図13は、上記の手順に従って取得した位相差の基準周波数特性を示すグラフである。図11(a)、図11(b)、図11(c)は、容量素子Cの容量値cをそれぞれ、0pF、0.3pF、1.0pFとしたときの抵抗値毎の周波数特性である。図12(a)、図12(b)、図12(c)は、容量素子Cの容量値cをそれぞれ、10pF、100pF、200pFとしたときの抵抗値毎の周波数特性である。図13(a)、図13(b)は、容量素子Cの容量値cをそれぞれ、500pF、1000pFとしたときの抵抗値毎の周波数特性である。図11〜図13に示すグラフにおいて、縦軸はトロイダルコイル10および11の入出力電圧の位相差であり、横軸は、トロイダルコイル10に入力される交流電圧の周波数である。   11 to 13 are graphs showing the reference frequency characteristics of the phase difference obtained according to the above procedure. FIG. 11A, FIG. 11B, and FIG. 11C are frequency characteristics for each resistance value when the capacitance value c of the capacitive element C is 0 pF, 0.3 pF, and 1.0 pF, respectively. . FIGS. 12A, 12B, and 12C show frequency characteristics for each resistance value when the capacitance value c of the capacitive element C is 10 pF, 100 pF, and 200 pF, respectively. 13A and 13B show frequency characteristics for each resistance value when the capacitance value c of the capacitive element C is 500 pF and 1000 pF, respectively. In the graphs shown in FIGS. 11 to 13, the vertical axis represents the phase difference between the input and output voltages of the toroidal coils 10 and 11, and the horizontal axis represents the frequency of the AC voltage input to the toroidal coil 10.

(電気特性測定装置の動作)
以下に、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100の動作について説明する。図14は、制御部60および電気特性導出部50として動作するCPU200によって実行される電気特性測定処理プログラムにおける処理の流れを示すフローチャートである。当該プログラムは、ROM201内に格納され、電気特性測定装置100に設けられた図示しない入力部に対して所定の入力操作がなされると実行される。なお、容器20内には、測定対象となる所定量の液体が充填されているものとする。なお、本実施形態おいて、所定量とは容器20における液面の高さが10mmとなる量である。
(Operation of electrical characteristic measuring device)
Below, operation | movement of the electrical property measuring apparatus 100 which concerns on embodiment of this invention is demonstrated. FIG. 14 is a flowchart showing the flow of processing in the electrical characteristic measurement processing program executed by the CPU 200 operating as the control unit 60 and the electrical characteristic deriving unit 50. The program is stored in the ROM 201 and executed when a predetermined input operation is performed on an input unit (not shown) provided in the electrical characteristic measuring apparatus 100. It is assumed that the container 20 is filled with a predetermined amount of liquid to be measured. In the present embodiment, the predetermined amount is an amount at which the liquid level in the container 20 becomes 10 mm.

ステップS10において、制御部60は、信号発振器30に対して交流電圧を出力すべき制御信号を供給する。かかる制御信号を受信した信号発振器30は、所定周波数の交流電圧を出力して入力側のトロイダルコイル10に供給する。出力側のトロイダルコイル11の端子間には、電磁誘導によって出力電圧が出力される。   In step S <b> 10, the control unit 60 supplies a control signal for outputting an AC voltage to the signal oscillator 30. The signal oscillator 30 that has received the control signal outputs an alternating voltage of a predetermined frequency and supplies it to the toroidal coil 10 on the input side. An output voltage is output between the terminals of the output side toroidal coil 11 by electromagnetic induction.

ステップS11において、制御部60は、電圧比測定部32および位相差測定部34に対して、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比および位相差を取得すべき制御信号を供給する。これにより、電圧比測定部32は、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比を測定し、その測定値を電気特性導出部50に供給する。電気特性取得部50は、電圧比の測定値をハードディスク203に記憶する。一方、位相差測定部34は、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の位相差を測定し、その測定値を電気特性導出部50に供給する。電気特性取得部50は、位相差の測定値をハードディスク203に記憶する。   In step S <b> 11, the control unit 60 supplies the voltage ratio measurement unit 32 and the phase difference measurement unit 34 with a control signal for acquiring the voltage ratio and phase difference between the input / output voltages of the toroidal coils 10 and 11. Thereby, the voltage ratio measuring unit 32 measures the voltage ratio of the input / output voltages of the toroidal coils 10 and 11 and supplies the measured value to the electrical characteristic deriving unit 50. The electrical characteristic acquisition unit 50 stores the measured value of the voltage ratio in the hard disk 203. On the other hand, the phase difference measuring unit 34 measures the phase difference between the input and output voltages of the toroidal coils 10 and 11 and supplies the measured value to the electrical characteristic deriving unit 50. The electrical characteristic acquisition unit 50 stores the measured value of the phase difference in the hard disk 203.

ステップS12において、制御部60は、予め定められた全ての周波数について電圧比および位相差の測定値を取得したか否かを判断する。制御部60は、全ての周波数について電圧比および位相差の測定値を取得していないと判断した場合には、処理をステップS13に移行させ、全ての周波数について電圧比および位相差の測定値を取得したと判断した場合には、処理をステップS14に移行させる。   In step S12, the control unit 60 determines whether or not the measured values of the voltage ratio and the phase difference have been acquired for all predetermined frequencies. If the control unit 60 determines that the measured values of the voltage ratio and the phase difference are not acquired for all frequencies, the control unit 60 shifts the process to step S13 and sets the measured values of the voltage ratio and the phase difference for all frequencies. If it is determined that it has been acquired, the process proceeds to step S14.

ステップS13において、制御部60は、交流電圧の周波数を変更すべき制御信号を信号発振器30に供給した後、処理をステップS10に戻す。これにより、信号発振器30は、先に供給した交流電圧の周波数とは異なる周波数の交流電圧を入力側のトロイダルコイル10に供給する。ステップS10からステップS13の処理が繰り返されることで、周波数が例えば100kHz〜1MHzの範囲で、100kHzずつ変化する交流電圧が入力側のトロイダルコイル10に印加され、各周波数毎に取得された電圧比および位相差の測定値が、ハードディスク203に記憶される。これにより、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比および位相差の周波数特性が取得されることになる。   In step S13, the control unit 60 supplies the control signal for changing the frequency of the AC voltage to the signal oscillator 30, and then returns the process to step S10. Thereby, the signal oscillator 30 supplies the input side toroidal coil 10 with an AC voltage having a frequency different from the frequency of the previously supplied AC voltage. By repeating the processing from step S10 to step S13, an alternating voltage that changes by 100 kHz in a frequency range of, for example, 100 kHz to 1 MHz is applied to the toroidal coil 10 on the input side, and the voltage ratio acquired for each frequency and The measured value of the phase difference is stored in the hard disk 203. Thereby, the frequency characteristic of the input / output voltage of the toroidal coils 10 and 11 and the frequency characteristic of the phase difference are acquired.

ステップS14において、電気特性導出部50は、測定対象の液体について取得した電圧比の周波数特性に基づいて当該液体の導電率および比誘電率を導出する第1の導出処理を実行する。   In step S <b> 14, the electrical property deriving unit 50 executes a first derivation process for deriving the conductivity and relative permittivity of the liquid based on the frequency characteristics of the voltage ratio acquired for the liquid to be measured.

すなわち、電気特性導出部50は、第1の導出処理において、上記ステップS10〜S13の処理を実行することによって測定対象の液体について取得した電圧比の周波数特性と、記憶部40に記憶されている電圧比の基準周波数特性とを比較して、測定対象の液体について取得した電圧比の周波数特性に最も近い基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率を導出する。   That is, in the first derivation process, the electrical characteristic deriving unit 50 stores the frequency characteristic of the voltage ratio acquired for the liquid to be measured by executing the processes of steps S10 to S13 and the storage unit 40. By comparing with the reference frequency characteristic of the voltage ratio, the conductivity and relative dielectric constant corresponding to the reference frequency characteristic closest to the frequency characteristic of the voltage ratio acquired for the liquid to be measured are derived.

ここで、図15は、ステップS14において電気特性導出部50によって実行される第1の導出処理の流れを示すフローチャートである。   Here, FIG. 15 is a flowchart showing a flow of the first derivation process executed by the electrical characteristic deriving unit 50 in step S14.

ステップS20において、電気特性導出部50は、記憶部40から識別番号iに対応する電圧比の基準周波数特性を抽出する。   In step S20, the electrical characteristic deriving unit 50 extracts the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to the identification number i from the storage unit 40.

ステップS21において、電気特性導出部50は、測定対象の液体について取得した電圧比と、ステップS20において抽出した基準周波数特性における電圧比の差分値の絶対値を各周波数毎に算出する。電気特性導出部50は、各周波数毎に算出した上記差分値の絶対値の合算値Sを算出し、これをRAM202に記憶する。合算値Sは、測定対象の液体について取得した電圧比の周波数特性と、ステップS20において抽出された基準周波数特性との近似度合を示す指標値として使用される。すなわち、合算値Sの大きさが小さい程、2つの周波数特性が近似していると判定することができる。 In step S21, the electrical characteristic deriving unit 50 calculates the absolute value of the difference value between the voltage ratio acquired for the liquid to be measured and the voltage ratio in the reference frequency characteristic extracted in step S20 for each frequency. The electrical characteristic deriving unit 50 calculates a sum value S i of absolute values of the difference values calculated for each frequency, and stores this in the RAM 202. The total value S i is used as an index value indicating the degree of approximation between the frequency characteristic of the voltage ratio acquired for the liquid to be measured and the reference frequency characteristic extracted in step S20. That is, it can be determined that the two frequency characteristics are approximated as the total value S i is smaller.

ステップS22において電気特性導出部50は、識別番号iの値が所定値nと一致しているか否かを判断する。上記所定値nは、記憶部40に記憶された電圧比の基準周波数特性の数と等しい値である。電気特性導出部50は、識別番号iの値が所定値nと一致しないと判定した場合には、ステップ23においてiの値を1つインクリメントして処理をステップS20に戻す。ステップS20からステップS23までの処理が繰り返し実行されることにより、上記合算値Sが、記憶部40に記憶された電圧比に関する全ての基準周波数特性について取得される。一方、電気特性導出部50は、識別番号iが所定値nと一致していると判定した場合には、処理をステップS24に移行する。 In step S22, the electrical characteristic deriving unit 50 determines whether or not the value of the identification number i matches the predetermined value n. The predetermined value n is a value equal to the number of reference frequency characteristics of the voltage ratio stored in the storage unit 40. If it is determined that the value of the identification number i does not match the predetermined value n, the electrical characteristic deriving unit 50 increments the value of i by 1 in step 23 and returns the process to step S20. By repeating the processing from step S20 to step S23, the total value S i is acquired for all the reference frequency characteristics related to the voltage ratio stored in the storage unit 40. On the other hand, if the electrical characteristic deriving unit 50 determines that the identification number i matches the predetermined value n, the process proceeds to step S24.

ステップS24において、電気特性導出部50は、電圧比に関する基準周波数特性の各々について算出した上記合算値Sが最も小さくなる基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率を導出する。すなわち、本ステップでは、測定対象の液体について取得した電圧比の周波数特性に最も近い基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率が導出される。 In step S24, the electrical characteristic deriving unit 50 derives the conductivity and the relative dielectric constant corresponding to the reference frequency characteristic that minimizes the total value S i calculated for each of the reference frequency characteristics related to the voltage ratio. That is, in this step, the conductivity and relative dielectric constant corresponding to the reference frequency characteristic closest to the frequency characteristic of the voltage ratio acquired for the liquid to be measured are derived.

図14を参照し、ステップS15において、電気特性導出部50は、測定対象の液体について取得した位相差の周波数特性に基づいて当該液体の導電率および比誘電率を導出する第2の導出処理を実行する。   Referring to FIG. 14, in step S <b> 15, the electrical property deriving unit 50 performs a second derivation process for deriving the electrical conductivity and relative permittivity of the liquid based on the frequency characteristics of the phase difference acquired for the liquid to be measured. Run.

すなわち、電気特性導出部50は、第2の導出処理において、上記ステップS10〜S13の処理を実行することによって測定対象の液体について取得した位相差の周波数特性と、記憶部40に記憶されている位相差の基準周波数特性とを比較して、測定対象の液体について取得した位相差の周波数特性に最も近い基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率を導出する。   That is, in the second derivation process, the electrical characteristic deriving unit 50 stores the frequency characteristics of the phase difference acquired for the liquid to be measured by executing the processes of steps S10 to S13, and the storage unit 40. By comparing with the reference frequency characteristic of the phase difference, the conductivity and relative dielectric constant corresponding to the reference frequency characteristic closest to the frequency characteristic of the phase difference acquired for the liquid to be measured are derived.

ここで、図16は、ステップS15において電気特性導出部50によって実行される第2の導出処理の流れを示すフローチャートである。   Here, FIG. 16 is a flowchart showing the flow of the second derivation process executed by the electrical characteristic deriving unit 50 in step S15.

ステップS30において、電気特性導出部50は、記憶部40から識別番号iに対応する位相差の基準周波数特性を抽出する。   In step S <b> 30, the electrical characteristic deriving unit 50 extracts the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the identification number i from the storage unit 40.

ステップS31において、電気特性導出部50は、測定対象の液体について取得した位相差と、ステップS30において抽出した基準周波数特性における位相差の差分値の絶対値を各周波数毎に算出する。電気特性導出部50は、各周波数毎に算出した上記差分値の絶対値の合算値Sを算出し、これをRAM202に記憶する。合算値Sは、測定対象の液体について取得した位相差の周波数特性と、ステップS30において抽出された基準周波数特性との近似度合を示す指標値として使用される。すなわち、合算値Sの大きさが小さい程、2つの周波数特性が近似していると判定することができる。 In step S31, the electrical characteristic deriving unit 50 calculates, for each frequency, the absolute value of the phase difference acquired for the liquid to be measured and the difference value of the phase difference in the reference frequency characteristic extracted in step S30. The electrical characteristic deriving unit 50 calculates a sum value S i of absolute values of the difference values calculated for each frequency, and stores this in the RAM 202. The total value S i is used as an index value indicating the degree of approximation between the frequency characteristic of the phase difference acquired for the liquid to be measured and the reference frequency characteristic extracted in step S30. That is, it can be determined that the two frequency characteristics are approximated as the total value S i is smaller.

ステップS32において電気特性導出部50は、識別番号iの値が所定値nと一致しているか否かを判断する。上記所定値nは、記憶部40に記憶された位相差の基準周波数特性の数と等しい値である。電気特性導出部50は、識別番号iの値が所定値nと一致しないと判定した場合には、ステップ33においてiの値を1つインクリメントして処理をステップS30に戻す。   In step S32, the electrical characteristic deriving unit 50 determines whether or not the value of the identification number i matches the predetermined value n. The predetermined value n is a value equal to the number of phase difference reference frequency characteristics stored in the storage unit 40. If it is determined that the value of the identification number i does not match the predetermined value n, the electrical characteristic deriving unit 50 increments the value of i by 1 in step 33 and returns the process to step S30.

ステップS30からステップS33までの処理が繰り返し実行されることにより、上記合算値Sが、記憶部40に記憶された位相差に関する全ての基準周波数特性について取得される。一方、電気特性導出部50は、識別番号iが所定値nと一致していると判定した場合には、処理をステップS34に移行する。 By repeatedly executing the processing from step S30 to step S33, the total value S i is obtained for all the reference frequency characteristics related to the phase difference stored in the storage unit 40. On the other hand, when the electrical characteristic deriving unit 50 determines that the identification number i matches the predetermined value n, the process proceeds to step S34.

ステップS34において、電気特性導出部50は、位相差の基準周波数特性の各々について算出した上記合算値Sが最も小さくなる基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率を導出する。すなわち、本ステップでは、測定対象の液体について取得した位相差の周波数特性に最も近い基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率が導出される。 In step S34, the electrical characteristic deriving unit 50 derives the conductivity and dielectric constant corresponding to the reference frequency characteristic in which the sum S i calculated for each of the reference frequency characteristics of the phase difference is minimized. That is, in this step, the conductivity and relative dielectric constant corresponding to the reference frequency characteristic closest to the frequency characteristic of the phase difference acquired for the liquid to be measured are derived.

図14を参照し、ステップS16において、電気特性導出部50は、上記の第1の導出処理および第2の導出処理の結果に基づいて、液体の導電率および比誘電率を導出する。例えば、第1の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値と、第2の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値が等しい場合には、電気特性導出部50は、当該導電率および比誘電率の値を測定対象の液体の導電率および比誘電率の値として出力する。一方、第1の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値と、第2の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値が異なる場合には、電気特性導出部50は、第1の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値と、第2の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値の平均値(中央値)を測定対象の液体の導電率および比誘電率として出力してもよい。また、第1の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値と、第2の導出処理において導出された導電率および比誘電率の値を測定対象の液体の導電率および比誘電率の推定値の上限値および下限値として出力してもよい。   Referring to FIG. 14, in step S <b> 16, electrical characteristic deriving unit 50 derives the electrical conductivity and relative permittivity of the liquid based on the results of the first derivation process and the second derivation process. For example, when the values of the conductivity and relative permittivity derived in the first derivation process are equal to the values of the conductivity and relative permittivity derived in the second derivation process, the electrical characteristic deriving unit 50 The electrical conductivity and relative dielectric constant are output as the electrical conductivity and relative dielectric constant of the liquid to be measured. On the other hand, when the values of the conductivity and relative permittivity derived in the first derivation process are different from the values of the conductivity and relative permittivity derived in the second derivation process, the electrical characteristic deriving unit 50 The values of the conductivity and relative permittivity derived in the first derivation process and the average values (median values) of the conductivity and relative permittivity derived in the second derivation process are calculated for the liquid to be measured. You may output as electrical conductivity and a dielectric constant. Further, the values of the conductivity and relative permittivity derived in the first derivation process and the values of the conductivity and relative permittivity derived in the second derivation process are used as the conductivity and relative permittivity of the liquid to be measured. The upper limit value and lower limit value of the estimated value may be output.

(測定精度の検証)
本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100を用いて25.0℃における導電率および比誘電率の理論値が既知であるNaCl水溶液の導電率および比誘電率を測定し、得られた測定値と理論値との比較を行うことにより、電気特性測定装置100における測定精度の検証を行った。
(Verification of measurement accuracy)
Using the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the electrical conductivity and relative dielectric constant of a NaCl aqueous solution having a known theoretical value of electrical conductivity and relative dielectric constant at 25.0 ° C. are measured, and the obtained measurement The measurement accuracy in the electrical property measuring apparatus 100 was verified by comparing the value with the theoretical value.

本実験では濃度の異なる3種類のNaCl水溶液を用意し、それぞれをA、B、Cとした。各NaCl水溶液の濃度と導電率および比誘電率の理論値を図17に示す。各NaCl水溶液は、大和化研社製のイオン交換水および鳴門塩業株式会社の鳴門のにがり塩を用いて作製した。また、NaCl水溶液を充填した容器20をぬるま湯に浸すことで、NaCl水溶液を25.0℃に調節した。容器20の底から10mmの高さまでNaCl水溶液を充填してトロイダルコイル10に印加する交流電圧の周波数を100kHz〜1MHzの範囲で100kHzずつ変化させ、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比と位相差の周波数特性を取得した。その結果を図18(a)および図18(b)に示す。   In this experiment, three types of NaCl aqueous solutions having different concentrations were prepared, and each was designated as A, B, and C. FIG. 17 shows the theoretical values of the concentration, conductivity, and relative dielectric constant of each NaCl aqueous solution. Each NaCl aqueous solution was prepared using ion-exchanged water manufactured by Daiwa Kaken Co., Ltd. and Naruto bittern salt from Naruto Shiogyo Co., Ltd. Further, the NaCl aqueous solution was adjusted to 25.0 ° C. by immersing the container 20 filled with the NaCl aqueous solution in warm water. By filling the NaCl aqueous solution from the bottom of the container 20 to a height of 10 mm and changing the frequency of the alternating voltage applied to the toroidal coil 10 by 100 kHz in the range of 100 kHz to 1 MHz, the voltage ratio of the input and output voltages of the toroidal coils 10 and 11 The frequency characteristics of phase difference were obtained. The results are shown in FIGS. 18 (a) and 18 (b).

図18(a)は、電圧比の周波数特性を示すグラフであり、図18(b)は、位相差の周波数特性を示すグラフである。測定点が不足している箇所があるが、位相差を得るための十分な電圧がなかったためと考えられる。   FIG. 18A is a graph showing the frequency characteristic of the voltage ratio, and FIG. 18B is a graph showing the frequency characteristic of the phase difference. This is probably because there were insufficient measurement points, but there was not enough voltage to obtain the phase difference.

NaCl水溶液Aの電気特性を導出する手順は以下のとおりである。はじめに、NaCl水溶液Aについて取得した電圧比の周波数特性と近似する電圧比の基準周波数特性(図8〜図10参照)を検索する。抵抗値5kΩ〜10kΩ且つ容量値0pF〜100pFに対応する電圧比の基準周波数特性が、NaCl水溶液Aにおける電圧比の周波数特性と近似していることがわかる。上記の抵抗値および容量値を図7(a)および図7(b)を参照してそれぞれ導電率および比誘電率に換算すると、電圧比の周波数特性から推定できるNaCl水溶液Aの導電率は2.0×10−1S/m〜4.0×10−1S/m、比誘電率は0〜2.259×10であることが導出される。 The procedure for deriving the electrical characteristics of the NaCl aqueous solution A is as follows. First, a frequency ratio reference frequency characteristic (see FIGS. 8 to 10) that approximates the voltage ratio frequency characteristic acquired for the NaCl aqueous solution A is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to the resistance value of 5 kΩ to 10 kΩ and the capacitance value of 0 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the voltage ratio in the NaCl aqueous solution A. When the above resistance value and capacitance value are converted into conductivity and relative dielectric constant with reference to FIG. 7A and FIG. 7B, respectively, the conductivity of the NaCl aqueous solution A that can be estimated from the frequency characteristics of the voltage ratio is 2 .0 × 10 -1 S / m~4.0 × 10 -1 S / m, the dielectric constant is derived to be 0~2.259 × 10 4.

次に、NaCl水溶液Aについて取得した位相差の周波数特性と近似する位相差の基準周波数特性(図11〜図13参照)を検索する。抵抗値10kΩ且つ容量値1pF〜100pFに対応する位相差の基準周波数特性が、NaCl水溶液Aにおける位相差の周波数特性と近似していることがわかる。上記の抵抗値および容量値を図7(a)および図7(b)を参照してそれぞれ導電率および比誘電率に換算すると、位相差の周波数特性から推定できるNaCl水溶液Aの導電率は2.0×10−1S/m、比誘電率は6.777×10〜2.259×10であることが導出される。 Next, a phase difference reference frequency characteristic (see FIGS. 11 to 13) that approximates the phase difference frequency characteristic acquired for the NaCl aqueous solution A is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the resistance value of 10 kΩ and the capacitance value of 1 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the phase difference in the NaCl aqueous solution A. When the above resistance value and capacitance value are converted into conductivity and relative dielectric constant with reference to FIGS. 7A and 7B, respectively, the conductivity of the NaCl aqueous solution A that can be estimated from the frequency characteristics of the phase difference is 2. 0.0 × 10 −1 S / m, and the relative dielectric constant is derived from 6.777 × 10 1 to 2.259 × 10 4 .

ここでは、以上のようにして電圧比および位相差の周波数特性の各々に基づいて導出した導電率および比誘電率が重なる範囲を、NaCl水溶液Aの導電率および比誘電率の推定範囲とする。すなわち、最終的に導出されるNaCl水溶液Aの導電率の推定範囲は、2.0×10−1S/m、比誘電率の推定範囲は6.777×10〜2.259×10となる。 Here, the range in which the electrical conductivity and the relative dielectric constant derived based on the voltage ratio and the frequency characteristic of the phase difference as described above overlap is set as the estimated range of the electrical conductivity and the relative dielectric constant of the NaCl aqueous solution A. That is, the estimated range of the conductivity of the NaCl aqueous solution A finally derived is 2.0 × 10 −1 S / m, and the estimated range of the relative dielectric constant is 6.777 × 10 1 to 2.259 × 10 4. It becomes.

NaCl水溶液Bの電気特性を導出する手順は以下のとおりである。NaCl水溶液Bについて取得した電圧比の周波数特性と近似する電圧比の基準周波数特性(図8〜図10参照)を検索する。抵抗値1kΩ且つ容量値0pF〜100pFに対応する電圧比の基準周波数特性が、NaCl水溶液Bにおける電圧比の周波数特性と近似していることがわかる。上記の抵抗値および容量値を図7(a)および図7(b)を参照してそれぞれ導電率および比誘電率に換算すると、電圧比の周波数特性から推定できるNaCl水溶液Aの導電率は2.0S/m、比誘電率は0〜2.259×10であることが導出される。 The procedure for deriving the electrical characteristics of the NaCl aqueous solution B is as follows. The frequency ratio reference frequency characteristics (see FIGS. 8 to 10) that are approximate to the voltage ratio frequency characteristics acquired for the NaCl aqueous solution B are searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to a resistance value of 1 kΩ and a capacitance value of 0 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the voltage ratio in the NaCl aqueous solution B. When the above resistance value and capacitance value are converted into conductivity and relative dielectric constant with reference to FIG. 7A and FIG. 7B, respectively, the conductivity of the NaCl aqueous solution A that can be estimated from the frequency characteristics of the voltage ratio is 2 0 S / m, and the relative dielectric constant is derived from 0 to 2.259 × 10 4 .

次に、NaCl水溶液Bについて取得した位相差の周波数特性と近似する位相差の基準周波数特性(図11〜図13参照)を検索する。抵抗値1kΩ〜2kΩ且つ容量値0pF〜100pFに対応する位相差の基準周波数特性が、NaCl水溶液Bにおける位相差の周波数特性と近似していることがわかる。上記の抵抗値および容量値を図7(a)および図7(b)を参照してそれぞれ導電率および比誘電率に換算すると、位相差の周波数特性から推定できるNaCl水溶液Bの導電率は1.0S/m〜2.0S/m、比誘電率は0〜2.259×10であることが導出される。 Next, a phase difference reference frequency characteristic (see FIGS. 11 to 13) that approximates the phase difference frequency characteristic acquired for the NaCl aqueous solution B is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the resistance value of 1 kΩ to 2 kΩ and the capacitance value of 0 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the phase difference in the NaCl aqueous solution B. When the above resistance value and capacitance value are converted into conductivity and relative dielectric constant with reference to FIG. 7A and FIG. 7B, respectively, the conductivity of the NaCl aqueous solution B that can be estimated from the frequency characteristics of the phase difference is 1. It is derived that 0.0 S / m to 2.0 S / m and the relative dielectric constant is 0 to 2.259 × 10 4 .

ここでは、以上のようにして電圧比および位相差の周波数特性の各々に基づいて導出した導電率および比誘電率が重なる範囲を、NaCl水溶液Bの導電率および比誘電率の推定範囲とする。すなわち、最終的に導出されるNaCl水溶液Bの導電率の推定範囲は2.0S/m、比誘電率の推定範囲は0〜2.259×10となる。 Here, the range in which the electrical conductivity and the relative dielectric constant derived based on the voltage ratio and the phase difference frequency characteristics as described above overlap is set as the estimated range of the electrical conductivity and relative dielectric constant of the NaCl aqueous solution B. That is, the estimated range of the conductivity of the NaCl aqueous solution B finally derived is 2.0 S / m, and the estimated range of the relative dielectric constant is 0 to 2.259 × 10 4 .

NaCl水溶液Cの電気特性を導出する手順は以下のとおりである。NaCl水溶液Cについて取得した電圧比の周波数特性と近似する電圧比の基準周波数特性(図8〜図10参照)を検索する。抵抗値500Ω〜1kΩ且つ容量値0pF〜100pFに対応する電圧比の基準周波数特性が、NaCl水溶液Cにおける電圧比の周波数特性と近似していることがわかる。上記の抵抗値および容量値を図7(a)および図7(b)を参照してそれぞれ導電率および比誘電率に換算すると、電圧比の周波数特性から推定できるNaCl水溶液Cの導電率は2.0S/m〜4.0S/m、比誘電率は0〜2.259×10であることが導出される。 The procedure for deriving the electrical characteristics of the NaCl aqueous solution C is as follows. A reference frequency characteristic (see FIGS. 8 to 10) of the voltage ratio that approximates the frequency characteristic of the voltage ratio acquired for the NaCl aqueous solution C is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to the resistance value of 500Ω to 1 kΩ and the capacitance value of 0 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the voltage ratio in the NaCl aqueous solution C. When the above resistance value and capacitance value are converted into conductivity and relative dielectric constant with reference to FIG. 7A and FIG. 7B, respectively, the conductivity of the NaCl aqueous solution C that can be estimated from the frequency characteristics of the voltage ratio is 2 It is derived that the relative dielectric constant is 0 to 2.259 × 10 4 and 0.0 S / m to 4.0 S / m.

次に、NaCl水溶液Cについて取得した位相差の周波数特性と近似する位相差の基準周波数特性(図11〜図13参照)を検索する。抵抗値500Ω〜1kΩ且つ容量値0pF〜100pFに対応する位相差の基準周波数特性が、NaCl水溶液Cにおける位相差の周波数特性と近似していることがわかる。上記の抵抗値および容量値を図7(a)および図7(b)を参照してそれぞれ導電率および比誘電率に換算すると、位相差の周波数特性から推定できるNaCl水溶液Cの導電率は2.0S/m〜4.0S/m、比誘電率は0〜2.259×10であることが導出される。 Next, a phase difference reference frequency characteristic (see FIGS. 11 to 13) that approximates the phase difference frequency characteristic acquired for the NaCl aqueous solution C is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the resistance value of 500Ω to 1 kΩ and the capacitance value of 0 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the phase difference in the NaCl aqueous solution C. When the above resistance value and capacitance value are converted into conductivity and relative dielectric constant with reference to FIG. 7A and FIG. 7B, respectively, the conductivity of the NaCl aqueous solution C that can be estimated from the frequency characteristics of the phase difference is 2. It is derived that the relative dielectric constant is 0 to 2.259 × 10 4 and 0.0 S / m to 4.0 S / m.

ここでは、以上のようにして電圧比および位相差の周波数特性の各々に基づいて導出した導電率および比誘電率が重なる範囲を、NaCl水溶液Cの導電率および比誘電率の推定範囲とする。すなわち、最終的に導出されるNaCl水溶液Cの導電率の推定範囲は2.0S/m〜4.0S/m、比誘電率の推定範囲は0〜2.259×10となる。 Here, the range in which the electrical conductivity and the relative dielectric constant derived based on each of the voltage ratio and the frequency characteristic of the phase difference as described above overlap is set as the estimated range of the electrical conductivity and the relative dielectric constant of the NaCl aqueous solution C. That is, the estimated range of the conductivity of the NaCl aqueous solution C finally derived is 2.0 S / m to 4.0 S / m, and the estimated range of the relative dielectric constant is 0 to 2.259 × 10 4 .

以上のようにしてNaCl水溶液A、B、Cのそれぞれについて導出した導電率は、図17に示す理論値と極めて近いという結果が得られた。このことから、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100は、十分に高い測定精度を有していることが実証された。   As a result, the electrical conductivity derived for each of the NaCl aqueous solutions A, B, and C was very close to the theoretical value shown in FIG. From this, it was proved that the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention has sufficiently high measurement accuracy.

(コンクリートの電気特性の測定)
本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100を用いて電気特性が未知であるコンクリートの導電率および比誘電率を、フレッシュ性状から凝結に至る期間に亘り測定した。測定対象のコンクリートの材料と配合率を図19に示す。
(Measurement of electrical properties of concrete)
Using the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the electrical conductivity and relative permittivity of concrete whose electrical properties are unknown were measured over a period from fresh properties to setting. FIG. 19 shows the concrete materials and blending ratios to be measured.

容器20に底から10mmの高さまでコンクリートを充填し、容器20の側面と底にそれぞれ15秒間振動を与えてアバターを抜く作業を行った。測定開始時点から60時間が経過するまでの間、図20に示す各時点においてトロイダルコイル10に印加する交流電圧の周波数を100kHz〜1MHzの範囲で100kHzずつ変化させ、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比と位相差の周波数特性を取得した。コンクリートはフレッシュ性状から数時間の間に電気特性が変化することが知られている。このため、この期間において測定間隔をより短くした。   The container 20 was filled with concrete to a height of 10 mm from the bottom, and the avatar was pulled out by applying vibration to the side surface and the bottom of the container 20 for 15 seconds. Until 60 hours elapse from the measurement start time, the frequency of the AC voltage applied to the toroidal coil 10 is changed by 100 kHz in the range of 100 kHz to 1 MHz at each time point shown in FIG. The frequency characteristics of voltage ratio and phase difference of voltage were obtained. It is known that the electrical properties of concrete change in a few hours due to its fresh properties. For this reason, the measurement interval was shortened during this period.

コンクリートの電気特性の測定と同時に、各測定点における周囲温度(室温)、湿度およびコンクリートの表面温度の測定を行った。周囲温度と湿度は、生活管理温湿度計(EMPEX,TM-2416)を用いて測定を行った。コンクリートの表面温度は、放射温度計(CUSTOM,IR−303)を用いて測定を行った。放射温度計は、物体から放射される赤外線のエネルギー量を垂直方向で受け取り、感知センサで検知することにより物体の温度を測定する。しかし、物体から放射される赤外線の放射量は材質や表面状態により異なるため、各物質の放射率に合わせた補正を行う必要がある。ここでは、正確な温度測定を行うためにコンクリートを測定対象とした補正を行い、コンクリート表面に放射させた赤外線が拡散しないよう放射温度計を近づけることで正確な放射率を得る対策をとった。   Simultaneously with the measurement of the electrical properties of the concrete, the ambient temperature (room temperature), humidity and concrete surface temperature at each measurement point were measured. Ambient temperature and humidity were measured using a life management temperature and humidity meter (EMPEX, TM-2416). The concrete surface temperature was measured using a radiation thermometer (CUSTOM, IR-303). The radiation thermometer receives the amount of infrared energy radiated from an object in the vertical direction, and measures the temperature of the object by detecting it with a sensing sensor. However, since the amount of infrared radiation radiated from an object varies depending on the material and the surface condition, it is necessary to make corrections according to the emissivity of each substance. Here, in order to perform accurate temperature measurement, concrete was corrected for measurement, and measures were taken to obtain an accurate emissivity by bringing a radiation thermometer closer so that infrared rays radiated to the concrete surface would not diffuse.

周囲温度、湿度およびコンクリートの表面温度の時間推移を図21(a)(測定開示時点から60時間までの時間推移)および図21(b)(測定開始時点から360分までの時間推移)に示す。   The time transition of ambient temperature, humidity, and concrete surface temperature is shown in FIG. 21 (a) (time transition from the measurement disclosure time to 60 hours) and FIG. 21 (b) (time transition from the measurement start time to 360 minutes). .

トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比および位相差の測定開始時点から60時間までの時間推移をそれぞれ図22(a)および図23(a)に示し、測定開始時点から120分までの時間推移をそれぞれ図22(b)および図23(b)に示す。また、測定開始時点から0分、20分、1時間40分、60時間における電圧比と位相差の周波数特性を図24に示す。図22〜図24において、100kHzおよび200kHzにおける測定点が不足しているが、これは、位相差を得るための十分な電圧がなかったためだと考えられる。   FIGS. 22 (a) and 23 (a) show the time transitions from the measurement start time of the voltage ratio and phase difference of the input / output voltages of the toroidal coils 10 and 11 to 60 hours, respectively, from the measurement start time to 120 minutes. The time transition is shown in FIG. 22 (b) and FIG. 23 (b), respectively. FIG. 24 shows frequency characteristics of voltage ratio and phase difference at 0 minutes, 20 minutes, 1 hour 40 minutes, and 60 hours from the measurement start time. 22 to 24, the measurement points at 100 kHz and 200 kHz are insufficient, and this is considered to be because there was not a sufficient voltage to obtain the phase difference.

図21(a)および図21(b)より、測定開始時点から6時間までの間にコンクリートの表面温度に変化が起きていることが確認できる。これは、混練時から凝結に至る際のセメントの化学反応によって生じた水和熱によるものであると考えられる。化学反応によりコンクリートの表面温度は、測定開始時点から2時間10分後には23.9℃まで上昇した後、徐々に温度が下がり、6時間後には21.5℃まで低下した。8時間〜10時間後にかけてコンクリートの表面温度は熱平衡により周囲温度(室温)に近づき10時間以降は周囲温度と略同じ温度となった。   From FIG. 21 (a) and FIG.21 (b), it can confirm that the change has occurred in the surface temperature of concrete between 6 hours from the measurement start time. This is thought to be due to the heat of hydration generated by the chemical reaction of the cement from the time of kneading to the setting. Due to the chemical reaction, the surface temperature of the concrete increased to 23.9 ° C. after 2 hours and 10 minutes from the start of measurement, then gradually decreased, and after 6 hours, decreased to 21.5 ° C. After 8 hours to 10 hours, the concrete surface temperature approached the ambient temperature (room temperature) due to thermal equilibrium, and after 10 hours became substantially the same as the ambient temperature.

図22(b)に示すように、測定開始時点から20分後と100分後に微小ながら電圧比の変動がみられた。また、図22(a)に示すように、測定開始時点から10時間〜20時間後にかけては時間経過とともに電圧比が低下していることが確認された。これは、コンクリートの凝結に伴い、試料に含まれる水分が減少していくことで電流が流れにくくなっているためであると考えられる。測定開始時点から20時間以降は電圧比の変動は小さく、ほぼ一定であった。   As shown in FIG. 22 (b), there was a slight change in the voltage ratio 20 minutes and 100 minutes after the start of measurement. Moreover, as shown to Fig.22 (a), it was confirmed that the voltage ratio has fallen with time progress from 10 to 20 hours after the measurement start time. This is thought to be due to the fact that the current contained in the sample is less likely to flow due to the decrease in moisture contained in the sample as the concrete congeals. After 20 hours from the start of measurement, the voltage ratio variation was small and almost constant.

図23(b)に示すように、測定開始時点から20分後に位相差の変動がみられた。また、図23(a)に示すように、10時間〜20時間後にかけては時間経過とともに位相差が低下していることが確認された。これは、コンクリートの凝結に伴って水分が減少したことで電流が流れにくくなったと考えられる。測定開始時点から20時間以降は位相差の変動は小さく、ほぼ一定であった。   As shown in FIG. 23B, a change in phase difference was observed 20 minutes after the start of measurement. Further, as shown in FIG. 23 (a), it was confirmed that the phase difference decreased with the passage of time from 10 hours to 20 hours. This is thought to be due to the fact that the current was less likely to flow due to the decrease in moisture with the setting of the concrete. After 20 hours from the start of measurement, the fluctuation of the phase difference was small and almost constant.

図24に示すように、フレッシュ性状から凝結に至るまでの期間内において、時間経過に伴ってコンクリートの電気特性が変動していることが確認された。   As shown in FIG. 24, it was confirmed that the electrical characteristics of the concrete changed with the passage of time within the period from the fresh properties to the setting.

本発明の実施形態に係る電気特測定装置100における測定原理を用いて、測定開始時点から0分後におけるコンクリートの電気特性を以下のように推定した。測定開始時点から0分後における電圧比の周波数特性と近似する電圧比の基準周波数特性(図8〜図10参照)を検索する。抵抗値10kΩ〜100kΩ且つ容量値0.3pF〜10pFに対応する基準周波数特性が、測定開始時点から0分後における電圧比の周波数特性と近似していることがわかる。次に、測定開始時点から0分後における位相差の周波数特性と近似する位相差の基準周波数特性(図11〜図13参照)を検索する。抵抗値10kΩ〜100kΩ且つ容量値10pFに対応する位相差の基準周波数特性が、測定開始時点から0分後における位相差の周波数特性と近似していることがわかる。電圧比の周波数特性から導出された抵抗値および容量値の範囲と、位相差の周波数特性から導出された抵抗値および容量値の範囲とが重なる点として、10kΩ近傍および10pF近傍が導出され、これにより、測定開始時点から0分後におけるコンクリートの導電率は約2.0×10−1S/m、比誘電率は0〜2.259×10であると推定される。 Using the measurement principle of the electrical measurement apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the electrical characteristics of the concrete after 0 minutes from the measurement start time were estimated as follows. A frequency ratio reference frequency characteristic (see FIGS. 8 to 10) that is approximate to the voltage ratio frequency characteristic after 0 minutes from the measurement start time is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic corresponding to the resistance value of 10 kΩ to 100 kΩ and the capacitance value of 0.3 pF to 10 pF approximates the frequency characteristic of the voltage ratio after 0 minutes from the measurement start time. Next, a reference frequency characteristic (see FIGS. 11 to 13) of the phase difference approximate to the frequency characteristic of the phase difference after 0 minutes from the measurement start time is searched. It can be seen that the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the resistance value of 10 kΩ to 100 kΩ and the capacitance value of 10 pF approximates the frequency characteristic of the phase difference after 0 minutes from the measurement start time. As the point where the range of the resistance value and the capacitance value derived from the frequency characteristic of the voltage ratio and the range of the resistance value and the capacitance value derived from the frequency characteristic of the phase difference overlap, the vicinity of 10 kΩ and the vicinity of 10 pF are derived. Thus, the electrical conductivity of the concrete after 0 minutes from the measurement start time is estimated to be about 2.0 × 10 −1 S / m, and the relative dielectric constant is 0 to 2.259 × 10 3 .

次に、測定開始時点から60時間後におけるコンクリートの電気特性を以下のように推定した。測定開始時点から60時間後における電圧比の周波数特性と近似する電圧比の周波数特性(図8〜図10参照)を検索する。抵抗値100kΩ〜10MΩ且つ容量値0pF〜1pFに対応する電圧比の基準周波数特性が、測定開始時点から60時間後における電圧比の周波数特性と近似していることがわかる。次に、測定開始時点から60時間後における位相差の周波数特性と近似する位相差の基準周波数特性(図11〜図13)参照を検索する。抵抗値100kΩ〜10MΩ且つ容量値0pF〜100pFに対応する位相差の基準周波数特性が、測定開始時点から60時間後における位相差の周波数特性と近似していることがわかる。電圧比の周波数特性から導出された抵抗値および容量値の範囲と、位相差の周波数特性から導出された抵抗値および容量値の範囲とが重なる点として、100kΩ〜10MΩ近傍および0pF〜100pF近傍が導出され、これにより、測定開始時点から60時間後におけるコンクリートの導電率は約2.0×10−4S/m〜2.0×10−2S/m、比誘電率は0〜2.259×10であると推定される。 Next, the electrical properties of the concrete 60 hours after the measurement start time were estimated as follows. A frequency ratio frequency characteristic approximate to the voltage ratio frequency characteristic 60 hours after the measurement start time is searched (see FIGS. 8 to 10). It can be seen that the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to the resistance value of 100 kΩ to 10 MΩ and the capacitance value of 0 pF to 1 pF approximates the frequency characteristic of the voltage ratio 60 hours after the start of measurement. Next, reference is made to the reference frequency characteristic (FIGS. 11 to 13) of the phase difference that approximates the frequency characteristic of the phase difference 60 hours after the measurement start time. It can be seen that the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the resistance value of 100 kΩ to 10 MΩ and the capacitance value of 0 pF to 100 pF approximates the frequency characteristic of the phase difference 60 hours after the start of measurement. The ranges of the resistance value and the capacitance value derived from the frequency characteristic of the voltage ratio overlap with the range of the resistance value and the capacitance value derived from the frequency characteristic of the phase difference are in the vicinity of 100 kΩ to 10 MΩ and in the vicinity of 0 pF to 100 pF. Thus, the electrical conductivity of the concrete 60 hours after the start of measurement is about 2.0 × 10 −4 S / m to 2.0 × 10 −2 S / m, and the relative dielectric constant is 0 to 2. 259 × 10 2 is estimated.

このように、コンクリートは、時間経過とともに導電率が低下し、60時間後には、初期状態の1/10〜1/100となる結果となった。比誘電率においては、幅があるため正確な推定は困難であるが、測定開始時点から0分後と60時間後の間で2259から226へ低下しており(ただし、最大値を用いた場合)、乾燥とともに比誘電率が低下する傾向にあることが確認された。   Thus, the conductivity of concrete decreased with time, and after 60 hours, the result was 1/10 to 1/100 of the initial state. The relative permittivity is difficult to estimate accurately because of its width, but has decreased from 2259 to 226 between 0 minutes and 60 hours after the start of measurement (however, when the maximum value is used) ), It was confirmed that the relative permittivity tends to decrease with drying.

(乳製品の電気特性の測定結果)
本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100を用いて乳脂肪分が既知である3種類の乳製品X、Y、Zの電気特性の測定を行った。測定対象の乳製品X、Y、Zの成分を図25に示す。
(Measurement results of electrical properties of dairy products)
Using the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, electrical properties of three types of dairy products X, Y, and Z with known milk fat content were measured. The components of the dairy products X, Y, and Z to be measured are shown in FIG.

乳製品X、Y、Zを容器20の底から10mmの高さまで充填してトロイダルコイル10に印加する交流電圧の周波数を100kHz〜1MHzの範囲で100kHzずつ変化させ、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比と位相差の周波数特性を取得した。図26(a)は、乳製品X、Y、Zについて取得された電圧比の周波数特性を示すグラフであり、図26(b)は、位相差の周波数特性を示すグラフである。なお、図26(a)には、図9(a)に示す容量値10pFに対応する電圧比の基準周波数特性が併せて示されている。図26(a)において、乳製品X、Y、Zについての周波数特性がそれぞれ破線で表示され、基準周波数特性が実線で表示されている。同様に、図26(b)には、図12(a)に示す容量値10pFに対応する位相差の基準周波数特性が併せて示されている。図26(b)において、乳製品X、Y、Zについての周波数特性がそれぞれ破線で表示され、基準周波数特性が実線で表示されている。   The dairy products X, Y, and Z are filled up to a height of 10 mm from the bottom of the container 20 and the frequency of the AC voltage applied to the toroidal coil 10 is changed by 100 kHz in the range of 100 kHz to 1 MHz, and the inputs and outputs of the toroidal coils 10 and 11 are made. The frequency characteristics of voltage ratio and phase difference of voltage were obtained. FIG. 26A is a graph showing the frequency characteristics of the voltage ratio acquired for the dairy products X, Y, and Z, and FIG. 26B is a graph showing the frequency characteristics of the phase difference. FIG. 26 (a) also shows the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to the capacitance value 10pF shown in FIG. 9 (a). In FIG. 26 (a), the frequency characteristics for the dairy products X, Y, and Z are each displayed with a broken line, and the reference frequency characteristics are displayed with a solid line. Similarly, FIG. 26B also shows a reference frequency characteristic of a phase difference corresponding to the capacitance value 10 pF shown in FIG. In FIG. 26B, the frequency characteristics for the dairy products X, Y, and Z are displayed with broken lines, and the reference frequency characteristic is displayed with a solid line.

乳製品YおよびZの電圧比の周波数特性は、400kHz〜1MHzの帯域において、容量値10pF且つ抵抗値2kΩ〜5kΩに対応する電圧比の基準周波数特性に近似しているが、100kHz〜400kHzの帯域では、容量値10pF且つ抵抗値5kΩ以上に対応する電圧比の基準周波数特性に近似している。   The frequency characteristic of the voltage ratio of the dairy products Y and Z is close to the reference frequency characteristic of the voltage ratio corresponding to the capacitance value of 10 pF and the resistance value of 2 kΩ to 5 kΩ in the band of 400 kHz to 1 MHz, but the band of 100 kHz to 400 kHz. Then, it approximates a reference frequency characteristic of a voltage ratio corresponding to a capacitance value of 10 pF and a resistance value of 5 kΩ or more.

乳製品Xの位相差の周波数特性は、300kHzにおいて容量値10pF且つ抵抗値5kΩに対応する位相差の基準周波数特性と近似し、1MHzにおいて容量値10pF且つ抵抗値2kΩに対応する位相差の基準周波数特性と近似している。また、400kHzにおいて、乳製品YおよびZの位相差は一致し、160kHzにおいて乳製品XとZの位相差は一致している。図26(b)に示すように、乳製品X、YおよびZについて取得された位相差の周波数特性は、いずれも基準周波数特性とは異なっている。   The frequency characteristic of the phase difference of the dairy product X approximates the reference frequency characteristic of the phase difference corresponding to the capacitance value of 10 pF and the resistance value of 5 kΩ at 300 kHz, and the reference frequency of the phase difference corresponding to the capacitance value of 10 pF and the resistance value of 2 kΩ at 1 MHz. Approximate characteristics. Further, at 400 kHz, the phase differences between the dairy products Y and Z match, and at 160 kHz, the phase differences between the dairy products X and Z match. As shown in FIG. 26 (b), the frequency characteristics of the phase differences acquired for the dairy products X, Y, and Z are all different from the reference frequency characteristics.

一般的に、NaCl水溶液は、周波数が変化しても導電率および比誘電率はほとんど変化しないことが知られている。そのため、NaCl水溶液について取得された電圧比および位相差の周波数特性と近似する周波数特性を、導電率および比誘電率が各周波数において一定であることを前提とする基準周波数特性の中から抽出することが可能であった。しかしながら、乳製品X、YおよびZは、成分が複雑であり、周波数の変化に伴って導電率および比誘電率が変化し、その結果、基準周波数特性とは異なる周波数特性が取得されたものと考えられる。   In general, it is known that an NaCl aqueous solution hardly changes in electric conductivity and relative dielectric constant even when the frequency changes. Therefore, the frequency characteristics approximate to the frequency characteristics of the voltage ratio and phase difference acquired for the NaCl aqueous solution are extracted from the reference frequency characteristics on the assumption that the conductivity and the relative dielectric constant are constant at each frequency. Was possible. However, dairy products X, Y, and Z have complex components, and the conductivity and relative permittivity change with the change in frequency, and as a result, frequency characteristics different from the reference frequency characteristics are obtained. Conceivable.

このことは、液体の成分の識別等に本装置を利用できる可能性があることを示している。すなわち、電圧比および位相差の周波数特性を観察することにより、乳脂肪分のみならず、様々な成分の総合的な分析や、うまみなどの判定等に本装置を利用できる可能性がある。今回の乳製品の測定結果から、例えば、位相差の周波数特性を示す曲線が、図27に示す破線で囲む領域Aおよび領域Bの双方に入っていれば、うまい牛乳であるという判定ができる可能性がある。   This indicates that there is a possibility that this apparatus can be used for identifying liquid components. That is, by observing the frequency characteristics of the voltage ratio and the phase difference, there is a possibility that this apparatus can be used for comprehensive analysis of various components, determination of umami, and the like as well as milk fat content. From the measurement result of the current dairy product, for example, if the curve indicating the frequency characteristic of the phase difference is in both the area A and the area B surrounded by the broken line shown in FIG. 27, it can be determined that the milk is delicious. There is sex.

(血液の電気特性の測定結果)
本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100を用いて血液の電気特性の測定を行った。測定対象の血液としてコージンバイオ社製の無菌羊保存血(健康な動物から無菌的に採血した新鮮血液にアルセバー液(ALSEVER’S SOLUTION)を混合し、1:1の比率になるよう調整した血液)を使用した。また、人工透析を必要とする状態の一つである高マグネシウム血症を模擬するため、上記血液にマグネシウムを加えた試料についても測定を行った。
(Measurement result of electrical characteristics of blood)
The electrical property measurement apparatus 100 according to the embodiment of the present invention was used to measure blood electrical properties. Sterile sheep preserved blood (manufactured aseptically collected from healthy animals and mixed with Alsever's solution (ALSEVER'S SOLUTION) as a blood to be measured) used. In addition, in order to simulate hypermagnesemia, which is one of the conditions requiring artificial dialysis, measurement was also performed on a sample obtained by adding magnesium to the blood.

上記の血液試料を容器20の底から10mmの高さまで充填してトロイダルコイル10に印加する交流電圧の周波数を100kHz〜1MHzの範囲で100kHzずつ変化させ、トロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比と位相差の周波数特性を取得した。図28(a)は、電圧比の周波数特性を示すグラフであり、図28(b)は、位相差の周波数特性を示すグラフである。   The above-mentioned blood sample is filled up to a height of 10 mm from the bottom of the container 20 and the frequency of the alternating voltage applied to the toroidal coil 10 is changed by 100 kHz in the range of 100 kHz to 1 MHz, and the voltage of the input / output voltage of the toroidal coils 10 and 11 is changed. The frequency characteristics of ratio and phase difference were obtained. FIG. 28A is a graph showing the frequency characteristic of the voltage ratio, and FIG. 28B is a graph showing the frequency characteristic of the phase difference.

添加するマグネシウムの濃度によって、電圧比および位相差の周波数特性が変化することが確認された。また、100kHzにおける位相差においては、マグネシウム濃度の違いによる差異が現れないが、100kHz以上の複数の周波数における位相差を測定することで、マグネシウム濃度の違いによる差異が明確となった。このことは、1つの周波数における電圧比および位相差を測定するだけでは、測定対象となる液体の成分分析を適切に行うことは困難であるが、本実施形態のように複数の周波数における電圧比および位相差を測定すれば、測定対象の成分分析を適切に行うことができることを示している。また、電圧比の周波数特性と位相差の周波数特性の双方を測定することで、より多くの情報を得ることが可能となる。   It was confirmed that the frequency characteristics of the voltage ratio and the phase difference change depending on the concentration of magnesium added. Moreover, in the phase difference in 100 kHz, although the difference by the difference in magnesium concentration does not appear, the difference by the difference in magnesium concentration became clear by measuring the phase difference in the several frequency more than 100 kHz. This is because it is difficult to appropriately analyze the component of the liquid to be measured only by measuring the voltage ratio and the phase difference at one frequency, but the voltage ratio at a plurality of frequencies as in this embodiment. If the phase difference is measured, the component analysis of the measurement target can be performed appropriately. Further, it is possible to obtain more information by measuring both the frequency characteristic of the voltage ratio and the frequency characteristic of the phase difference.

上記の測定結果は、例えば、人工透析などにおいて、血液あるいは透析液の電気特性を本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100を用いて測定することで、透析が完了しているかどうかの判定を行うことができる可能性を示している。このように、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100を医療分野において利用する場合には、図29(a)〜図29(c)に例示するような、血液や透析液等の通路を兼ねる容器20を用いることで、非接触でこれらの液体の電気特性を測定が可能となる。非接触での測定が可能となることで、感染や血栓を防ぐことができる。図29(a)および図29(b)に示す例では、容器20は、液体が流入する入口側流路と液体が流出する出口側流路とを隔てる壁が透析膜(半透膜)29で構成されている。これにより、容器20の入口側と出口側が電気的に接続され、電流ループを形成することができ、本実施形態に係る電気特性測定装置100による電気特性の測定が可能となる。なお、透析膜(半透膜)22に代えて極薄の絶縁膜を使用することも可能である。図29(c)に示す例では、環状に成形されていない容器20の管路内を流通する液体と電気的に接続される導体配線24の両端が管路に接続されている。このような態様によっても、電流ループを形成することができ、本実施形態に係る電気特性測定装置100による電気特性の測定が可能となる。   The above measurement results are obtained by determining whether dialysis is completed by measuring the electrical characteristics of blood or dialysate using the electrical characteristic measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, for example, in artificial dialysis. Shows the possibility that can be done. As described above, when the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is used in the medical field, passages such as blood and dialysate as exemplified in FIGS. 29 (a) to 29 (c). By using the container 20 that also serves as a non-contact, the electrical characteristics of these liquids can be measured. Since non-contact measurement is possible, infection and blood clots can be prevented. In the example shown in FIGS. 29 (a) and 29 (b), the container 20 has a dialysis membrane (semi-permeable membrane) 29 with a wall separating the inlet-side flow channel through which the liquid flows in and the outlet-side flow channel through which the liquid flows out. It consists of As a result, the inlet side and the outlet side of the container 20 are electrically connected to form a current loop, and the electrical characteristics can be measured by the electrical characteristics measuring apparatus 100 according to the present embodiment. In place of the dialysis membrane (semipermeable membrane) 22, it is possible to use an extremely thin insulating membrane. In the example shown in FIG. 29C, both ends of the conductor wiring 24 that is electrically connected to the liquid flowing in the pipe line of the container 20 that is not formed into an annular shape are connected to the pipe line. Also by such an aspect, a current loop can be formed, and the electrical characteristics can be measured by the electrical characteristic measuring apparatus 100 according to the present embodiment.

以上の説明から明らかなように、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100によれば、測定対象の液体に対して非接触で当該液体の電気特性を測定することができるので、測定対象が強酸性または強アルカリ性の液体であっても、測定対象の液体を汚染することなく測定を行うことが可能である。また、時間経過に伴って凝結を生じるコンクリートのような物質を測定対象とすることも可能であり、この場合、液体の状態から凝結に至る比較的長い期間に亘り継続して電気特性をモニタするといった用途に本装置を利用することも可能である。また、食品や製薬、生体サンプル(血液、体液、透析液など)のような衛生を保つことが要求され且つ迅速な測定が求められるものの電気特性を測定する場合にも本装置を好適に利用することが可能である。   As is clear from the above description, according to the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the electrical property of the liquid can be measured without contact with the liquid to be measured. Even if the liquid is a strongly acidic or strongly alkaline liquid, the measurement can be performed without contaminating the liquid to be measured. It is also possible to measure substances such as concrete that cause condensation over time. In this case, the electrical characteristics are continuously monitored over a relatively long period from the liquid state to the setting. It is also possible to use this apparatus for such purposes. In addition, this apparatus is also preferably used when measuring electrical characteristics of foods, pharmaceuticals, biological samples (blood, body fluid, dialysate, etc.) that require hygiene and require quick measurement. It is possible.

また、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100によれば、一対のトロイダルコイル10および11の電圧比および位相差の周波数特性に基づいて測定対象の液体の電気特性を導出するので、摂動する電場や液体内の電荷の変化に影響されにくく、安定的に測定を行うことが可能である。すなわち、本発明の実施形態に係る電気特性測定装置100によれば、単一の周波数の交流電圧を用いて測定対象の電気特性を導出する従来の方式と比較して、高精度な測定を行うことが可能である。   Further, according to the electrical property measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the electrical property of the liquid to be measured is derived based on the voltage ratio of the pair of toroidal coils 10 and 11 and the frequency characteristic of the phase difference. It is difficult to be influenced by the electric field and the change in the electric charge in the liquid, and stable measurement can be performed. That is, according to the electrical characteristic measuring apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the measurement is performed with higher accuracy than the conventional method of deriving the electrical characteristic of the measurement object using an alternating voltage having a single frequency. It is possible.

なお、上記の実施形態では、電気特性測定装置100が測定対象の液体の電気特性として導電率および比誘電率の双方を導出する場合を例示したが、これらのいずれか一方を導出するように構成してもよい。   In the above-described embodiment, the case where the electrical property measuring apparatus 100 derives both the conductivity and the relative dielectric constant as the electrical properties of the liquid to be measured has been illustrated, but the configuration is such that one of these is derived. May be.

また、上記の実施形態では、一対のトロイダルコイル10および11の入出力電圧の電圧比および位相差の双方の周波数特性を用いて測定対象の液体の電気特性を導出する場合を例示したが、電圧比および位相差のいずれか一方の周波数特性を用いて電気特性を導出してもよい。しかしながら、電圧比および位相差の双方の周波数特性を用いることにより、より精度の高い測定値を得ることができるものと考えられる。   In the above embodiment, the case where the electrical characteristics of the liquid to be measured is derived using the frequency characteristics of both the voltage ratio and the phase difference of the input / output voltages of the pair of toroidal coils 10 and 11 is exemplified. The electrical characteristics may be derived using the frequency characteristics of either the ratio or the phase difference. However, it is considered that more accurate measurement values can be obtained by using the frequency characteristics of both the voltage ratio and the phase difference.

また、上記の実施形態では、測定対象の液体について取得した電圧比(又は位相差)の周波数特性に近似する基準周波数特性を抽出する際に、測定対象の液体について取得した電圧比(または位相差)と、基準周波数特性における電圧比(または位相差)の差分値の絶対値を各周波数毎に算出し、各周波数毎に算出した上記差分値の絶対値を合算した合算値Sを指標値として用いることとしたが、これに限定されるものではなく、測定対象の液体について取得した電圧比(又は位相差)の周波数特性と、基準周波数特性との近似度合を示す他の指標値を用いることとしてもよい。 In the above embodiment, the voltage ratio (or phase difference) acquired for the liquid to be measured is extracted when extracting the reference frequency characteristic approximate to the frequency characteristic of the voltage ratio (or phase difference) acquired for the liquid to be measured. ) And the absolute value of the difference value of the voltage ratio (or phase difference) in the reference frequency characteristic for each frequency, and the total value S i obtained by adding the absolute values of the difference values calculated for each frequency is an index value However, the present invention is not limited to this, and other index values indicating the degree of approximation between the frequency characteristic of the voltage ratio (or phase difference) acquired for the liquid to be measured and the reference frequency characteristic are used. It is good as well.

また、上記の実施形態では、交流電圧の周波数を100kHz〜1MHzの範囲で、100kHzずつ変化させ、各周波数毎に電圧比と位相差を取得する場合を例示したが、交流電圧の周波数の範囲および周波数の数を適宜変更することが可能である。例えば、周波数の異なる2つの交流電圧のみをトロイダルコイル10に供給して、各周波数について電圧比と位相差を取得してもよい。トロイダルコイル10に供給する周波数の数を少なくすることで、処理の高速化を図ることが可能となる。一方、周波数の範囲を広げると共に、周波数の数を増加させることにより、測定精度の向上を図ることが可能となる。   Further, in the above embodiment, the case where the frequency of the AC voltage is changed by 100 kHz in the range of 100 kHz to 1 MHz and the voltage ratio and the phase difference are obtained for each frequency is exemplified. The number of frequencies can be changed as appropriate. For example, only two AC voltages having different frequencies may be supplied to the toroidal coil 10 to obtain a voltage ratio and a phase difference for each frequency. By reducing the number of frequencies supplied to the toroidal coil 10, it is possible to increase the processing speed. On the other hand, the measurement accuracy can be improved by expanding the frequency range and increasing the number of frequencies.

また、上記の実施形態では、容器20の形状を矩形環状とした場合を例示したが、これに限定されるものではなく、例えば円環状であってもよい。また容器20の管路の断面形状や各部分の寸法は、トロイダルコイル10および11の大きさ等に応じて適宜変更することが可能である。   In the above-described embodiment, the case where the shape of the container 20 is a rectangular ring is illustrated. However, the present invention is not limited to this, and may be an annular ring, for example. Moreover, the cross-sectional shape of the pipe line of the container 20 and the dimensions of each part can be appropriately changed according to the size of the toroidal coils 10 and 11 and the like.

また、上記の実施形態では、入力側のトロイダルコイル10と出力側のトロイダルコイル11の巻数比を1:1とした場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、出力側のトロイダルコイル11の巻数を入力側のトロイダルコイル10の巻数よりも大きくしてもよい。   In the above embodiment, the case where the turns ratio of the input-side toroidal coil 10 and the output-side toroidal coil 11 is 1: 1 is exemplified, but the present invention is not limited to this. For example, the number of turns of the output side toroidal coil 11 may be larger than the number of turns of the input side toroidal coil 10.

また、上記の実施形態では、電圧比測定部32および位相差測定部34をオシロスコープで構成する場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、トロイダルコイル10に入力される入力電圧およびトロイダルコイル11から出力される出力電圧を所定のサンプリング周期で測定する電圧測定器と、該電圧測定器から出力される測定値を演算処理することによって電圧比および位相差を導出する演算処理装置と、で構成してもよい。   Moreover, although said embodiment illustrated the case where the voltage ratio measurement part 32 and the phase difference measurement part 34 were comprised with an oscilloscope, it is not limited to this. For example, by measuring the input voltage input to the toroidal coil 10 and the output voltage output from the toroidal coil 11 at a predetermined sampling period, and processing the measurement value output from the voltage measuring instrument. And an arithmetic processing device for deriving a voltage ratio and a phase difference.

[第2の実施形態]
図30は、本発明の第2の実施形態に係る電気特性測定装置101の構成を示す機能ブロック図である。なお、図30において、上記した第1の実施形態に係る電気特性測定装置100と同一の構成要素には、同一の参照符号を付与している。第2の実施形態に係る電気特性測定装置101は、第1の実施形態に係る電気特性測定装置100の電気特性導出部50に代えて、判定部51を有する。
[Second Embodiment]
FIG. 30 is a functional block diagram showing the configuration of the electrical characteristic measuring apparatus 101 according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 30, the same components as those in the electrical characteristic measuring apparatus 100 according to the first embodiment are given the same reference numerals. The electrical property measuring apparatus 101 according to the second embodiment includes a determination unit 51 instead of the electrical property deriving unit 50 of the electrical property measuring apparatus 100 according to the first embodiment.

判定部51は、測定対象の液体についての取得した電圧比および位相差の周波数特性と、記憶部40に予め記憶された基準周波数特性とを比較する。判定部51は、測定対象の液体について取得した電圧比および位相差の周波数特性と、基準周波数特性の近似度合を示す指標値が所定値以上である場合、所定の判定結果を出力する。近似度合を示す指標値としては、上記第1の実施形態と同様、測定対象の液体について取得した電圧比(または位相差)と、基準周波数特性における電圧比(または位相差)の差分値の絶対値を各周波数毎に算出し、その値を合算した合算値Sを用いることが可能である。 The determination unit 51 compares the obtained frequency characteristics of the voltage ratio and phase difference for the liquid to be measured with the reference frequency characteristics stored in advance in the storage unit 40. The determination unit 51 outputs a predetermined determination result when the frequency characteristic acquired for the liquid to be measured and the frequency characteristic of the phase difference and the index value indicating the degree of approximation of the reference frequency characteristic are equal to or greater than a predetermined value. As an index value indicating the degree of approximation, as in the first embodiment, the absolute value of the difference between the voltage ratio (or phase difference) acquired for the liquid to be measured and the voltage ratio (or phase difference) in the reference frequency characteristic is used. It is possible to calculate a value for each frequency and use a total value S i obtained by adding the values.

なお、判定部51は、測定対象の液体について取得した電圧比および位相差のいずれか一方の周波数特性と基準周波数特性との近似度合を示す指標値が所定値以上である場合に所定の判定結果を出力するように構成してもよい。また、本実施形態に係る電気特性測定装置101においては、記憶部40は、判定部51による上記の判定処理に供される、判定基準としての少なくとも1つの基準周波数特性を記憶していればよい。本実施形態においては基準周波数特性は、上記したような既知の抵抗値を有する抵抗素子および既知の容量値を有する容量素子を用いて取得したもの以外に、測定対象の液体について目的とする判定を行うことができるように、任意の周波数特性を基準周波数特性として設定することが可能である。   The determination unit 51 determines a predetermined determination result when the index value indicating the degree of approximation between the frequency characteristic of one of the voltage ratio and the phase difference acquired for the liquid to be measured and the reference frequency characteristic is equal to or greater than a predetermined value. May be output. Further, in the electrical characteristic measuring apparatus 101 according to the present embodiment, the storage unit 40 only needs to store at least one reference frequency characteristic as a determination reference that is used for the determination process by the determination unit 51. . In the present embodiment, the reference frequency characteristic is a target determination for the liquid to be measured in addition to the resistance element having a known resistance value and the capacitance element having a known capacitance value as described above. It is possible to set an arbitrary frequency characteristic as the reference frequency characteristic so that it can be performed.

このように、第2の実施形態に係る電気特性測定装置101は、測定対象の液体の導電率や比誘電率等の電気特性の測定値を導出するものではなく、測定対象の液体が所定の特性を有しているか否かの判定結果を導出する。第2の実施形態に係る電気特性測定装置101は、例えば、上記したように、人工透析などにおいて、透析が完了しているかどうかの判定結果を導出するものであってもよい。この場合、透析が完了している場合の血液の電圧比または位相差の周波数特性を基準周波数特性として記憶部40に記憶しておく。また、第2の実施形態に係る電気特性測定装置101は、上記したように食品のうまみに関する判定結果を導出するものであってもよい。   As described above, the electrical property measuring apparatus 101 according to the second embodiment does not derive a measured value of electrical properties such as the electrical conductivity and relative permittivity of the liquid to be measured. The determination result of whether or not it has the characteristic is derived. For example, as described above, the electrical characteristic measurement apparatus 101 according to the second embodiment may derive a determination result as to whether dialysis is completed in artificial dialysis or the like. In this case, the frequency characteristic of the blood voltage ratio or phase difference when dialysis is completed is stored in the storage unit 40 as the reference frequency characteristic. Moreover, as described above, the electrical characteristic measurement apparatus 101 according to the second embodiment may derive a determination result regarding the taste of food.

10、11 トロイダルコイル
20 容器
30 信号発振器
32 電圧比測定部
34 位相差測定部
40 記憶部
50 電気特性導出部
51 判定部
60 制御部
10, 11 Toroidal coil 20 Container 30 Signal oscillator 32 Voltage ratio measurement unit 34 Phase difference measurement unit 40 Storage unit 50 Electrical characteristic deriving unit 51 Determination unit 60 Control unit

Claims (11)

測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を収容する容器と、
前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように配置された第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルと、
前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力する電圧入力手段と
記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物の電気特性を導出する導出手段と、
を含む電気特性測定装置。
A container for accommodating the measurement object such that the measurement object forms an annular current path;
A first toroidal coil and a second toroidal coil arranged to be electromagnetically coupled to a current flowing through the annular current path;
Voltage input means for sequentially inputting a plurality of alternating voltages having different frequencies to the first toroidal coil ;
An input voltage to be input before Symbol first toroidal coil, and an output voltage outputted from said second toroidal coil, acquisition means for acquiring at least one frequency characteristic of the voltage ratio and phase difference,
Derivation means for deriving electrical characteristics of the measurement object based on frequency characteristics of at least one of the voltage ratio and the phase difference acquired by the acquisition means;
Electrical characteristic measuring device including
前記容器内の導電率および比誘電率が既知である場合の前記入力電圧と前記出力電圧との電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を、基準周波数特性として当該導電率および比誘電率に対応付けて記憶し、且つ複数の導電率および比誘電率の各々に対応する複数の基準周波数特性を記憶した記憶部を更に含み、
前記導出手段は、前記記憶部に記憶された複数の基準周波数特性のうち、前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に最も近似する基準周波数特性を抽出し、抽出した基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率の少なくとも一方を前記測定対象物の電気特性として導出する請求項1に記載の電気特性測定装置。
A frequency characteristic of at least one of a voltage ratio and a phase difference between the input voltage and the output voltage when the electrical conductivity and relative dielectric constant in the container are known is set as the reference frequency characteristic to the electrical conductivity and relative dielectric constant. A storage unit that stores the plurality of reference frequency characteristics corresponding to each of the plurality of electrical conductivity and relative dielectric constant;
The derivation means extracts a reference frequency characteristic that most closely approximates at least one of the voltage ratio and the phase difference acquired by the acquisition means from among the plurality of reference frequency characteristics stored in the storage unit. The electrical characteristic measuring device according to claim 1, wherein at least one of conductivity and relative permittivity corresponding to the extracted reference frequency characteristic is derived as an electrical characteristic of the measurement object.
前記導出手段は、前記取得手段によって取得された前記電圧比の周波数特性に最も近似する基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率と、前記取得手段によって取得された前記位相差の周波数特性に最も近似する基準周波数特性に対応する導電率および比誘電率と、の双方に基づいて前記測定対象物の導電率および比誘電率を導出する請求項2に記載の電気特性測定装置。   The derivation unit is configured to determine a conductivity and a relative dielectric constant corresponding to a reference frequency characteristic that is most approximate to a frequency characteristic of the voltage ratio acquired by the acquisition unit, and a frequency characteristic of the phase difference acquired by the acquisition unit. The electrical property measuring apparatus according to claim 2, wherein the electrical conductivity and relative dielectric constant of the measurement object are derived based on both the electrical conductivity and relative dielectric constant corresponding to the closest reference frequency characteristic. 測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を収容する容器と、
前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように配置された第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルと、
前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力する電圧入力手段と
記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得する取得手段と、
前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物の特定もしくは性状に関する判定結果を導出する導出手段と、
を含む電気特性測定装置。
A container for accommodating the measurement object such that the measurement object forms an annular current path;
A first toroidal coil and a second toroidal coil arranged to be electromagnetically coupled to a current flowing through the annular current path;
Voltage input means for sequentially inputting a plurality of alternating voltages having different frequencies to the first toroidal coil ;
An input voltage to be input before Symbol first toroidal coil, and an output voltage outputted from said second toroidal coil, acquisition means for acquiring at least one frequency characteristic of the voltage ratio and phase difference,
Derivation means for deriving a determination result relating to the specification or property of the measurement object based on the frequency characteristic of the voltage ratio and the phase difference acquired by the acquisition means;
Electrical characteristic measuring device including
前記導出手段が前記測定対象物に関する判定結果を導出する際の判定基準として使用される基準周波数特性を記憶した記憶部を更に含み、
前記導出手段は、前記取得手段によって取得された前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性と、前記記憶部に記憶された基準周波数特性との比較結果に基づいて前記測定対象物に関する判定結果を導出する請求項4に記載の電気特性測定装置。
A storage unit that stores a reference frequency characteristic used as a determination criterion when the deriving unit derives a determination result related to the measurement object;
The deriving unit determines the measurement object based on a comparison result between at least one frequency characteristic of the voltage ratio and the phase difference acquired by the acquiring unit and a reference frequency characteristic stored in the storage unit. The electrical property measuring device according to claim 4 which derives a result.
前記容器は、前記測定対象物が流入する入口側流路と、前記測定対象物が流出する出口側流路と、を含み、前記入口側流路と前記出口側流路とを隔てる壁が半透膜を含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電気特性測定装置。   The container includes an inlet-side channel into which the measurement object flows and an outlet-side channel from which the measurement object flows out, and a wall separating the inlet-side channel and the outlet-side channel is half The electrical property measuring device according to claim 1, comprising a permeable membrane. 前記容器は、前記測定対象物が流通する管路と、両端が前記管路内を流通する測定対象物と電気的に接続される導体配線と、を含む請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電気特性測定装置。   The said container contains the pipe line through which the said measurement object distribute | circulates, and the conductor wiring electrically connected with the measurement object through which the both ends distribute | circulate the inside of the said pipe line. The electrical property measuring apparatus described in 1. 前記交流電圧の周波数は、100kHzから1MHzまでの範囲を含む請求項1乃至7のいずれか1項に記載の電気特性測定装置。   The electrical characteristic measuring device according to claim 1, wherein the frequency of the AC voltage includes a range from 100 kHz to 1 MHz. 測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を容器に収容するステップと、
前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルを配置するステップと、
前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力するステップと
記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得するステップと、
前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物の電気特性を導出するステップと、
を含む電気特性測定方法。
Accommodating the measurement object in a container such that the measurement object forms an annular current path;
Arranging a first toroidal coil and a second toroidal coil so as to be electromagnetically coupled to a current flowing through the annular current path;
Sequentially inputting a plurality of alternating voltages having different frequencies to the first toroidal coil ;
An input voltage to be input before Symbol first toroidal coil, and an output voltage outputted from said second toroidal coil, and obtaining at least one frequency characteristic of the voltage ratio and phase difference,
Deriving electrical characteristics of the measurement object based on frequency characteristics of at least one of the voltage ratio and the phase difference;
A method for measuring electrical characteristics including:
測定対象物が環状の電流経路を形成するように前記測定対象物を容器に収容するステップと、
前記環状の電流経路を流れる電流と電磁的に結合するように第1のトロイダルコイルおよび第2のトロイダルコイルを配置するステップと、
前記第1のトロイダルコイルに周波数の異なる複数の交流電圧を順次入力するステップと
記第1のトロイダルコイルに入力される入力電圧と、前記第2のトロイダルコイルから出力される出力電圧と、の電圧比および位相差の少なくとも一方の周波数特性を取得するステップと
前記電圧比および前記位相差の少なくとも一方の周波数特性に基づいて前記測定対象物に関する判定結果を導出するステップと、
を含む電気特性測定方法。
Accommodating the measurement object in a container such that the measurement object forms an annular current path;
Arranging a first toroidal coil and a second toroidal coil so as to be electromagnetically coupled to a current flowing through the annular current path;
Sequentially inputting a plurality of alternating voltages having different frequencies to the first toroidal coil ;
An input voltage to be input before Symbol first toroidal coil, steps and the voltage ratio for obtaining at least one frequency characteristic of the voltage ratio and phase difference between the output voltage outputted from said second toroidal coil, and Deriving a determination result relating to the measurement object based on at least one frequency characteristic of the phase difference; and
A method for measuring electrical characteristics including:
コンピュータを、請求項1乃至8のいずれか1項に記載の電気特性測定装置における前記導出手段として機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as the said derivation | leading-out means in the electrical property measuring apparatus of any one of Claims 1 thru | or 8.
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